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威斯康星麥迪遜大學唐維平JACS:銠(II)和手性磷酸共催化的選擇性O-H插入反應實現糖苷立體發散的O-烷基化

來源:威斯康星麥迪遜大學      2025-02-23
導讀:碳水化合物是具有重要生物功能的分子,但其合成在化學上極具挑戰性。對碳水化合物的選擇性合成和修飾對于研究其生物功能至關重要。在碳水化合物的合成中,控制化學選擇性、區域選擇性和立體選擇性是核心主題。實現碳水化合物衍生物的全套立體異構體合成,將極大地提高生物研究和藥物發現中構建化合物庫的效率。然而,在有機化學領域,選擇性地官能化碳水化合物中看似相同的羥基仍然是一個長期存在的挑戰。在碳水化合物合成中,精確控制催化反應中新形成手性中心的相對構型是一個重要的合成難題。在本研究中,威斯康星麥迪遜大學唐維平團隊開發了一種高效的立體可控 O-烷基化方法,通過 Rh(II)/手性磷酸催化的金屬卡賓體插入,實現了對碳水化合物羥基的選擇性修飾。該體系條件溫和且穩定,對多種底物均表現出優異的選擇性,具有較高的區域選擇性和立體選擇性。此外,該策略為立體多樣性合成提供了廣闊的應用前景。

正文

碳水化合物在生物系統中具有重要功能,但其選擇性修飾仍然是合成化學的一大挑戰。現有的糖類分子中O-烷基化方法大多難以同時實現區域和立體選擇性,立體發散性的O-烷基化更是鮮有報道。該工作采用了Rh(II)催化的金屬卡賓插入策略,通過不同金屬催化劑和手性磷酸催化劑的篩選,確定Rh?(OAc)?和(S)-CPA的組合可有效控制產物的立體選擇性。研究了保護基和溶劑對反應的影響,并優化了反應條件,使得不同糖類底物均能高產率、高選擇性地反應。該反應可實現對于單羥基,雙羥基,三羥基甚至復雜二糖的選擇性插入反應,獲得不同構型的糖衍生物。

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通過應用不同的單/雙羥基底物,該反應可以實現立體發散的插入反應來得到S或者R構型的產物,并由此提出了手性磷酸參與形成的氫橋鍵過渡態,從而決定產物的絕對構型。

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這些O-烷基化產物可作為糖基化反應的關鍵中間體,在C2-處作為導向基團,通過十氫萘類過渡態,選擇性的形成α或β的二糖以及進一步衍生,拓展了其在糖化學和藥物化學中的應用。

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該方法為糖苷的立體可控修飾提供了新的解決方案,在糖類化學、藥物發現和復雜生物分子的合成方面具有廣泛的應用潛力,為精準合成糖類衍生物提供了重要工具。


作者簡介

唐維平教授,威斯康星大學麥迪遜分校藥學院Janis Apinis教授,Vilas杰出教授和化學系兼職教授,藥物化學中心主任,UW Carbone Cancer Center藥物研發中心主要負責人之一。1997年本科畢業于北京大學化學學院,1999年于美國紐約大學獲得碩士學位,2005年于斯坦福大學獲得有機化學博士學位。隨后作為博士后進入哈佛大學和布羅德研究所 (Broad Institute of MIT and Harvard) 學習化學生物學和藥物化學,2007年完成博士后研究工作,同年任職于威斯康星大學麥迪遜分校。唐維平教授課題組研究方向早期致力于有機小分子催化的不對稱鹵化反應,有機金屬催化的環加成反應和復雜天然產物合成反面的研究。近年研究方向集中于糖和糖基共軛物的合成、小分子蛋白質降解劑和抗體共軛物降解劑在疾病治療中的應用,包括開發蛋白水解靶向嵌合體(PROTACs),分子膠 (molecular glue), 和溶酶體靶向嵌體 (LYTACs) ,分別用于降解細跑內和細胞外蛋白,以及相關機制的研究。在威斯康星大學獨立研究以來發表論文超過130篇,包括Nat. Commun., ACS Cent. Sci.,J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., J. Med. Chem., Cell Chem. Biol., ACS Chem. Biol. 等。獲得新藥發明專利多項。歡迎對藥物化學和糖化學有興趣的博士后和博士生申請加入。

文獻詳情:

Rh(II) and Chiral Phosphoric Acid Co-catalyzed Selective O?H Insertions for Stereodivergent O?Alkylation of Glycosides
Jicheng Wu,  Peijing Jia,  Hua Tang, Deqin Cai and Weiping Tang*
J. Am. Chem. Soc. 2025
https://doi.org/10.1021/jacs.4c14614

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