陳朗秋，申望珍，曠 娜，季善偉

(湘潭大學(xué) 化學(xué)學(xué)院 環(huán)境友好化學(xué)與應(yīng)用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411105)

十六烷基β-D-吡喃木糖苷的合成

陳朗秋，申望珍，曠 娜，季善偉

(湘潭大學(xué) 化學(xué)學(xué)院 環(huán)境友好化學(xué)與應(yīng)用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411105)

十六烷基-β-D-吡喃木糖苷是來(lái)源于可再生的綠色環(huán)保的中性兩親表面活性劑.采用三氯乙酰亞胺酯法，D-木糖經(jīng)全乙?；?、C1位選擇性脫乙酰基，轉(zhuǎn)化成糖基三氯乙酰亞胺酯，以十六醇為受體與之進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)及脫保護(hù)，立體選擇性地合成了1,2-反式結(jié)構(gòu)的十六烷基-β-D-吡喃木糖苷.目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)經(jīng)氫譜分析得到了確證，方法簡(jiǎn)便，實(shí)用.

十六烷基-β-D-吡喃木糖苷，D-木糖，十六醇，合成

糖基表面活性劑隨著上世紀(jì)80年代商業(yè)應(yīng)用的推進(jìn)[1]，作為新型非離子表面活性劑在生化試劑、藥物輔料、食品添加劑、洗滌劑、日化用品、化妝品、農(nóng)藥、石油三次開(kāi)采等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值[2-5].

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的秸稈類廢料可以轉(zhuǎn)化成價(jià)值極高的D-木糖[6]，而油料作物中的甘油三酯可通過(guò)還原反應(yīng)獲取飽和的長(zhǎng)鏈脂肪醇[1].長(zhǎng)久以來(lái)，糖基表面活性劑常以淀粉或水解產(chǎn)物葡萄糖和麥芽糖為原料通過(guò)化學(xué)或酶學(xué)等生物學(xué)方法生產(chǎn)的.由于人口的增加和耕地的減少，糧食安全受到全面的挑戰(zhàn)，以木聚糖或D-木糖替代以淀粉或水解產(chǎn)物葡萄糖和麥芽糖為原料的糖基表面活性劑等的開(kāi)發(fā)將會(huì)引起各國(guó)政府和有關(guān)專家的關(guān)注和重視，成為潛在的研究熱點(diǎn)[7-8].

D-木糖可以和脂肪醇作為可再生原料通過(guò)化學(xué)合成方法可衍生出包括十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6)在內(nèi)的烷基木糖苷[9-11].木糖苷6具有雙熔融轉(zhuǎn)變(double melting transitions)熱致液晶現(xiàn)象，采用MTS((3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-5-(3-carboxymethoxyphenyl)-2-(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium))細(xì)胞活性檢測(cè)方法通過(guò)皮膚細(xì)胞的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明其半數(shù)細(xì)胞毒性濃度(CC50, concentration of cytotoxicity 50%)較高[12]，顯示細(xì)胞毒性很弱.

從化學(xué)合成報(bào)道來(lái)看，F(xiàn)ischer糖苷化法獲取的以α-糖苷為主的混合物[8-9]，溴代糖法除了部分分解和產(chǎn)生少量的原酸酯外還存在高價(jià)銀鹽或高價(jià)的2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌(DDQ)使用的成本問(wèn)題或汞鹽等有毒的重金屬鹽類的環(huán)境負(fù)荷問(wèn)題[10-12]，包括木糖苷6[12-13]在內(nèi)的烷基-β-D-吡喃木糖苷的全乙?；桥c醇的直接糖苷化因端基異構(gòu)化和分解產(chǎn)生較多的雜質(zhì)，必須仔細(xì)通過(guò)負(fù)荷較重的柱色譜分離純化，嚴(yán)重制約著產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)[12-13].為此，基于現(xiàn)有文獻(xiàn)方法和前期的糖化學(xué)研究工作[7,14-15]，采用糖基三氯乙酰亞胺酯為供體與受體長(zhǎng)鏈醇偶聯(lián)，探索合成長(zhǎng)鏈烷基木糖苷6的方法的有效性.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

BRUKER-AVANCE-400型核磁共振儀，瑞士Bruker公司；X-4數(shù)字顯示顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀，河南鞏義市英峪儀器廠；TLC分析使用青島海洋化工廠生產(chǎn)的涂層為0.20～0.25 mm的HF254型硅膠板，用UV或體積分?jǐn)?shù)30%的硫酸甲醇溶液顯色觀察；柱色譜分離使用青島海洋化工廠的100～200目硅膠；所用試劑均為市售分析純或化學(xué)純.

1.2 合成路線

如圖1所示，D-木糖(1)首先乙?；?，接著在芐胺的作用下C1位選擇性脫乙?；M(jìn)而與三氯乙腈反應(yīng)轉(zhuǎn)化成糖基三氯乙酰亞胺酯(4).后者作為糖基供體在三氟化硼乙醚催化下與十六醇偶聯(lián)及脫保護(hù)，獲得十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6).

圖1 十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6)的合成路線

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 2,3,4-三-O-乙酰基-D-吡喃木糖基三氯乙酰亞胺酯(4)的合成

往500 mL的三頸燒瓶中依次加入50.00 g(0.33 mol)干燥過(guò)的木糖，157.40 mL(1.67 mol)乙酸酐，8.00 g(97.53 mmol)無(wú)水乙酸鈉，裝上回流冷凝裝置，機(jī)械攪拌，電熱套加熱升溫使固體稍有溶解后，移去加熱裝置，繼續(xù)攪拌，待固體全部溶解呈澄清狀，冷卻至室溫.再加入5.63 g(68.63 mmol)無(wú)水乙酸鈉，將裝置移入油浴鍋中，加熱回流1 h，TLC(V石油醚∶V乙酸乙酯=1∶1)監(jiān)測(cè)反應(yīng)完全，趁熱將反應(yīng)液倒入800 mL冰水中攪拌，隨即析出大量固體，抽濾，濾餅經(jīng)蒸餾水洗滌數(shù)次，得到灰白色固體76.20 g，產(chǎn)率71.9%.該固體用甲醇水溶液(V甲醇∶V水=1∶2)重結(jié)晶，得到白色固體52.60 g.直接用于下一步反應(yīng).

1.3.2 2,3,4-三-O-乙?；?D-吡喃木糖基三氯乙酰亞胺酯(4)的合成

參照文獻(xiàn)[7]的方法，通過(guò)1,2,3,4-四-O-乙?；拎咎?2)的C1位選擇性脫乙酰基2,3,4-三-O-乙?；拎咎擒?3)，隨后與三氯乙腈反應(yīng)轉(zhuǎn)化成2,3,4-三-O-乙?；?D-吡喃木糖基三氯乙酰亞胺酯(4)，直接作為下一步反應(yīng)的供體.

1.3.3 十六烷基-2,3,4-三-O-乙?；?β-D-吡喃木糖苷(5)的合成

往250 mL的圓底燒瓶中依次加入10.00 g(23.8 mmol)糖基三氯乙酰亞胺酯4、50 mL二氯甲烷(4 ?分子篩干燥品)和8.63 g(35.6 mmmol)十六醇，攪拌溶解，冰水浴冷卻至0 ℃，滴加2.95 mL(23.8 mmol)三氟化硼乙醚溶液，攪拌反應(yīng)5 h，TLC(V石油醚∶V乙酸乙酯=3∶1)監(jiān)測(cè)反應(yīng)完全.混合液依次經(jīng)飽和碳酸氫鈉水溶液和飽和食鹽水溶液洗滌，采用無(wú)水硫酸鈉干燥，過(guò)濾，濾液濃縮，經(jīng)柱層析(V石油醚∶V乙酸乙酯=5∶1)分離，得到白色固體7.73 g，產(chǎn)率64.9%.71 ～ 73 ℃;1H NMR (CDCl3)δ:5.16 (t, J2,3=J3,4=8.6 Hz,1H,H-3),4.89～4.97(m,2H,H-4,H-2),4.46(d,J1,2=6.8 Hz,1H,H-1),4.12(dd,J5,5'=11.8 Hz,J4,5=5.0 Hz,1H,H-5),3.78～3.83(m,1H,OCH2C15H31),3.42～3.48(m,1H,OCH2C15H31),3.36(dd,J4,5'=9.1 Hz,1H,H-5'),2.05(s,6H,2Ac),2.04(s,3H,Ac),1.52～1.57(m,2H,OCH2CH2C14H29),1.23～1.31(m,26H,O(CH2)2(CH2)13CH3),0.88(t,J=6.5 Hz,3H,O(CH2)15CH3).

1.3.4 十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6)的合成

往100 mL的圓底燒瓶中加入6.52 g(13.0 mmol)十六烷基-2,3,4-三-O-乙酰基-β-D-吡喃木糖苷5和35.0 mL無(wú)水甲醇，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的甲醇鈉甲醇溶液調(diào)節(jié)混合液的pH≈10，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)5 h，TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)完全(展開(kāi)劑∶乙酸乙酯).用乙酸的甲醇溶液(體積比為1∶4)調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH 為中性，濃縮，經(jīng)柱層析(乙酸乙酯)分離，得到白色固體3.85 g，產(chǎn)率78.9%.94.8 ℃;1H NMR(DMSO-d6+D2O) δ∶ 4.08(d,J1,2=7.4 Hz,1H,H-1),3.64～3.70(m,2H,H-5,OCH2C15H31),3.38～3.45(m,1H,OCH2C15H31),3.24～3.32(m,1H,H-4),3.11(dd,J3,4=8.6 Hz,1H,H-3),3.03(t,J4,5=J5,5’=10.7 Hz,1H,H-5'),2.94(dd,J2,3=8.4 Hz,1H,H-2),1.44～1.54(m,2H,OCH2CH2C14H29), 1.13～1.34(m,26H,O(CH2)2(CH2)13CH3),0.79～0.91(m,3H,O(CH2)15CH3).

2 結(jié)果與討論

2.1 合成方法

采用如圖1所示的路線實(shí)施合成.由于D-木糖(1)在無(wú)水乙酸鈉的催化下與乙酸酐反應(yīng)屬于強(qiáng)放熱反應(yīng)，為了防止過(guò)熱沖料焦化等問(wèn)題的出現(xiàn)，分批加催化劑無(wú)水乙酸鈉，且在添加第一批無(wú)水乙酸鈉通過(guò)熱反應(yīng)完成液化后，經(jīng)冷卻再加入第二批無(wú)水乙酸鈉，控制在回流條件下繼續(xù)反應(yīng)使乙酰化完全，達(dá)到反應(yīng)平穩(wěn)高效可控的效果.

在文獻(xiàn)[7]的基礎(chǔ)上，所合成的四乙酰吡喃木糖2先后通過(guò)C1位選擇性脫乙?；团c三氯乙腈反應(yīng)轉(zhuǎn)化成糖基三氯乙酰亞胺酯4.該亞胺酯4作為糖基供體在Lewis催化劑三氟化硼乙醚的作用下與受體十六醇偶聯(lián)，由于存在2-位乙酰基的鄰基參與效應(yīng)[7,13]，能夠立體選擇性地得到1,2-反式的偶聯(lián)產(chǎn)物十六烷基-2,3,4-三-O-乙?；?β-D-吡喃木糖苷5.該偶聯(lián)產(chǎn)物通過(guò)通常的堿催化的脫?；Ｗo(hù)方法，成功地獲得十六烷基-β-D-吡喃木糖苷6.

2.2 十六烷基-β-D-吡喃木糖苷6結(jié)構(gòu)

對(duì)于偶聯(lián)產(chǎn)物5，從圖2和上述氫譜數(shù)據(jù)可知，其1H NMR δ 4.46(d,J1,2=6.8 Hz)的耦合常數(shù)J1,2=6.8 Hz，說(shuō)明吡喃木糖苷的C1和C2上相鄰的兩個(gè)氫處于1,2-反式結(jié)構(gòu)[7,14]，表明供體糖基三氯乙酰亞胺酯4與受體長(zhǎng)鏈醇通過(guò)該偶聯(lián)反應(yīng)基本上為立體專一性地形成了β-糖苷鍵.同時(shí)，1H NMR δ 2.05(s,6H,2Ac),2.03(s,3H,Ac)數(shù)據(jù)表明C2、C3和C4上的3個(gè)乙酰基在偶聯(lián)反應(yīng)時(shí)仍保留著；此外，δ 1.52～1.57(m,2H,OCH2CH2C14H29),1.23～1.31(m,26H,O(CH2)2(CH2)13CH3),0.88(t,J=6.4 Hz,3H,O(CH2)15CH3)數(shù)據(jù)表明長(zhǎng)烷基鏈C16H33也已通過(guò)糖苷鍵連接到偶聯(lián)產(chǎn)物5中.

圖2 十六烷基-2,3,4-三-O-乙?；?β-D-吡喃木糖苷(5)核磁圖譜

對(duì)于脫保護(hù)的糖苷6，從圖3和氫譜數(shù)據(jù)同樣可知，1H NMR δ 4.08 (d,J1,2=7.4 Hz)的耦合常數(shù)J1,2=7.4 Hz，說(shuō)明脫酰基保護(hù)反應(yīng)并未改變吡喃木糖苷的C1和C2上相鄰的兩個(gè)氫的1,2-反式結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的脫保護(hù)產(chǎn)物仍為1,2-反式的β-糖苷鍵結(jié)構(gòu).同時(shí)δ 3.64～3.70(m,2H,H-5,OCH2C15H31),3.38～3.45(m,1H,OCH2C15H31),1.44～1.54(m,2H,OCH2CH2C14H29),1.13～1.34(m,26H,O(CH2)2(CH2)13CH3),0.79～0.91(m,3H,O(CH2)15CH3)數(shù)據(jù)表明OC16H33仍存在于脫保護(hù)的糖苷6中.

圖3 十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6)核磁圖譜

3 結(jié)語(yǔ)

以可再生的D-木糖1為原料，在無(wú)水乙酸鈉的催化下與乙酸酐的熱反應(yīng)產(chǎn)生全乙?；咎?，后者在芐胺的催化下通過(guò)C1位選擇性脫乙?；约霸贒BU的催化下與三氯乙腈反應(yīng)完成糖基供體2,3,4-三-O-乙?；?D-吡喃木糖基三氯乙酰亞胺酯4的合成.該供體4與受體十六醇在Lewis催化下發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)立體選擇性地得到1,2-反式的偶聯(lián)產(chǎn)物十六烷基-2,3,4-三-O-乙?；?β-D-吡喃木糖苷5，后者通過(guò)脫乙?；Ｗo(hù)，最終獲得了目標(biāo)產(chǎn)物十六烷基-β-D-吡喃木糖苷6.該方法替代了溴代糖法的高價(jià)銀鹽和有毒重金屬鹽的弊端，方法簡(jiǎn)便、高效、實(shí)用.

[1] 高于洋,楊秀全.可再生表面活性劑及其來(lái)源[J].日用化學(xué)品科學(xué),2015,38(1):12-23.

[2] RYBINSKI W V,HILL K.Alkyl polyglycosides-properties and applications of a new class of surfactants[J].Angewandte Chemie International Edition,1998,37(10):1328-1345.

[3] 梁麗蕓,藍(lán)仁華,陳煥欽.開(kāi)發(fā)烷基多苷與中草藥的配伍保健護(hù)膚品[J].日用化學(xué)品科學(xué),2002,32(2):36-39.

[4] 董微,康瀠丹,付雅君,等.非離子表面活性劑烷基糖苷在洗發(fā)液中的應(yīng)用[J].沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2004,6(4):221-222.

[5] 龔良玉,王修林,李雁賓,等.烷基糖苷對(duì)赤潮生物的抑制與滅殺作用的實(shí)驗(yàn)[J].海洋環(huán)境科學(xué),2005,24(1):1-4.

[6] 王紅彥,張軒銘,王道龍,等.中國(guó)玉米芯資源量估算及其開(kāi)發(fā)利用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2016,37(1):1-8.

[7] 李宏偉,陳朗秋,劉燈峰,等.L-薄荷基-D-吡喃木糖苷的合成及其熱穩(wěn)定性研究[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,45(8):2577-2583.

[8] BOUXIN F,MARINKOVIC S,BRAS J L,et al.Direct conversion of xylan into alkyl pentosides[J].Carbohydrate Research,2010,345(17):2469-2473.

[9] DAMEZ C,BOUQUILLON S,HARAKAT D,et al.Alkenyl and alkenoyl amphiphilic derivatives of D-xylose and their surfactant properties[J].Carbohydrate Research,2007,342(2):154-162.

[10] 堀了平.糖誘導(dǎo)體の合成並びに薬剤學(xué)的研究(第1報(bào))[J].薬學(xué)雑誌,1958,78(5):523-526.

[11] SATGé C,BRAS J L,HéNIN F,et al.DMF promoted xylosylation of terpenols[J].Tetrahedron,2005,61(35):8405-8409.

[12] XU W,OSEI-PREMPEH G,LEMA C,et al.Synthesis,thermal properties,and cytotoxicity evaluation of hydrocarbon and fluorocarbon alkyl β-D-xylopyranoside surfactants[J].Carbohydrate Eesearch,2012,349:12-23.

[13] KONSTANTINOVIC S,PETROVIC Z,SPASOJEVIC A,et al.ChemInform abstract:Synthesis of C 7—C 16 -Alkyl Glycosides.Part 2.Synthesis of Alkyl D-Xylopyranosides in the presence of Tin(IV) chloride as a Lewis acid catalyst[J].ChemInform,2001,25(41):169-171.

[14] 劉燈峰,陳朗秋,李宏偉,等.烷基-β-D-吡喃葡萄糖苷的合成與性能[J].應(yīng)用化學(xué),2013,30 (10):1120-1126.

[15] 陳朗秋,伍桂龍,謝蓉.對(duì)甲氧基苯基-2,3,4,6-四-O-乙?；?α-D-吡喃甘露糖苷的合成[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,30(2):24-27.

(編輯 崔思榮)

Synthesis of Hexadecyl β-D-xylopyranoside

CHEN Langqiu,SHEN Wangzhen,KUANG Na,JI Shanwei

(College of Chemistry, Key Laboratory of Envirmentally Friendly Chemistry and Application of Ministry of Education, Xiangtan University, Xiangtan 411105, China)

Hexadecyl β-D-xylopyranoside is a renewable,green and envorimental neutral amphiphilic surfactant.With the trichloroacetimidate method,D-xylose was acetylated,deacetylated selectively at C1 position and converted into corresponding glycosyl trichloroacetimidate.The glycosyl trichloroacetimidate was coupled with an acceptor hexadecanol and deprotected to achieve stereoselectively 1,2-trans hexadecyl β-D-xylopyranoside.The structure of the target compound was confirmed by the 1H NMR analysis.The synthetic method is concise and applicable.

Hexadecyl β-D-xylopyranoside; D-xylose; Hexadecanol; synthesis

2016-10-03

湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(14JJ2067，10JJ6023)

陳朗秋(1964-)，男，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事有機(jī)合成與糖化學(xué)研究;申望珍(1990-)，女，碩士研究生，主要從事有機(jī)合成與糖化學(xué)研究.

O629.13

A

1674-358X(2016)04-0010-05