[发明专利]非天然糖及其合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种非天然糖及其合成方法和应用。室温下，将氨基糖的羟基进行全三甲基硅烷保护，选择性地暴露糖上的氨基，将氨基在室温下进行偶联、转化后，得到全三甲基硅烷保护的带有正交基团的非天然糖。将全三甲基硅烷保护的带有正交基团的非天然糖脱除三甲基硅烷保护基，得到不带保护基的非天然糖。本发明兼顾了现有非天然糖的优点，既保证了非天然糖可以高效地被细胞所利用，也有效避免了非天然糖代谢过程中与蛋白中半胱氨酸发生S副反应，同时实现高效代谢标记。在细胞试验中，1,6‑双酰化的非天然糖的使用浓度比不带保护基的非天然糖低一个数量级。

技术领域

本发明涉及有机化学合成技术领域，具体涉及一种非天然糖及其合成方法和应用。

背景技术

糖基化修饰具有重要的功能，对糖基化修饰进行观测具有重要意义。在细胞中，使用带有化学报告的非天然糖的代谢标记已被广泛用于糖成像和糖蛋白组分析。在体外，化学酶法在糖基转移酶的作用下为糖链添加上带有化学报告的非天然糖用于进一步研究。

非天然糖是代谢标记和化学酶法标记所必须的。分为三大类：

a.不带保护基的非天然糖：可用于代谢标记但浓度要求高，同时是化学酶法使用的非天然核苷糖的合成底物；

b.全乙酰化糖：为克服不带保护基的非天然糖细胞通透性差而开发，显著降低代谢标记所需浓度。现阶段已有的全乙酰化保护的非天然糖探针已经商品化，在Sigma-Aldrich、Click Chemical Tools等公司都有出售。

但在2018年人们首次发现，全乙酰化糖与蛋白质半胱氨酸的巯基发生非酶催化的S副反应，对成像、质谱鉴定等应用引入假阳性信号。

c.部分保护的非天然糖：在S副反应发现后，部分羟基酰化的非天然糖应运而生，在容易穿过细胞膜实现高效率的糖代谢标记的同时，不会引入S副反应。

现阶段，主要有两种方法用于制备N-酰基位含叠氮且羟基不被保护的非天然糖。方法一是先合成N-酰基位带有卤素的糖衍生物，然后通过叠氮取代卤素，将叠氮引入到糖的N-酰基位；方法二是先合成叠氮乙酸，后将叠氮乙酸和氨基糖偶联得到N-酰基位含叠氮的非天然糖。含有其它正交基团(如炔基)且羟基不被保护的非天然糖，则是利用上述方法二中将氨基糖和含正交基团小分子直接偶联的策略进行合成。

但这两类合成方法都存在缺点，方法一中，叠氮钠是大过量的且反应需要加热，有爆炸的风险；方法二中，叠氮乙酸的合成以碘乙酸和过量的叠氮钠为原料，为提高叠氮乙酸产率，需要将含有过量叠氮钠的水溶液进行酸化并用有机溶剂萃取叠氮乙酸，该操作有爆炸的风险。而且，叠氮乙酸沸点低易挥发，需要小心操作且只能完成小量合成。不保护的非天然糖极性很大，采用硅胶柱进行色谱纯化时，杂质和产物往往共洗脱。因此，需要反复的柱色谱纯化才能拿到足够纯的不保护的糖。有少数的报道用P-2凝胶柱对不保护的糖进行纯化，但是该操作比较费时间，凝胶柱价格高且只能做小量产物的纯化。

目前，部分保护的非天然糖分为两类：1,3-双酰化的非天然糖和1,6-双酰化的非天然糖。1,3-双酰化的非天然糖有多个报道的例子，1,6-双酰化的非天然糖只有1,6-Pr₂GalNAz这一例。1,3-双酰化非天然糖的合成都是首先合成不带保护基的非天然糖，并将之作为起始原料，将糖的4号和6号位用丙叉进行保护后，对1号位和3号位的羟基进行酰化，最后脱除丙叉保护得1,3-双酰化非天然糖。该合成路线中，合成不带保护基的非天然糖原料时，面临以上陈述的问题，且从不带保护基的非天然糖合成1,3-双酰化的非天然糖时，总产率低。合成1,6-Pr₂GalNAz时，需要用叠氮乙酸作为原料，叠氮乙酸的合成面临以上陈述的问题。

现阶段，在化学酶法标记和糖代谢标记领域所使用的非天然糖有两大类突出的问题：一是部分使用的非天然糖(如全乙酰化的糖)在代谢标记中会引入假阳性结果，需要对糖的结构进行优化设计，部分保护的糖研究刚刚起步，亟待推进；二是现有的方法合成这些非天然糖有很多的缺点，包括安全性、产率、大量制备难度高等。