多糖是一類(lèi)像核酸、蛋白質(zhì)的生物大分子，在生命過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。由于多糖的結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且存在微觀不均一性，其合成又沒(méi)有像核酸和蛋白質(zhì)那樣有固定的模板可以遵循，因此多糖的合成問(wèn)題長(zhǎng)期困擾著合成化學(xué)家。
阿拉伯半乳聚糖（Arabinogalactan）是一種重要的多糖，它是結(jié)核分枝桿菌細(xì)胞壁的重要組成成分，與細(xì)菌的存活力和致病力相關(guān)。該分子由一條半乳聚糖鏈（A鏈）和兩條緊密靠近的阿拉伯聚糖鏈（B鏈）所組成（圖1），具有高度分支的結(jié)構(gòu)，其化學(xué)合成不僅為結(jié)核分枝桿菌細(xì)胞壁生物合成機(jī)制的闡釋提供基礎(chǔ)，而且有助于開(kāi)發(fā)預(yù)防結(jié)核病的新型糖疫苗。正因?yàn)槿绱?，該多糖分子近二十年?lái)一直吸引著國(guó)內(nèi)外糖化學(xué)研究小組的興趣；然而該分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其人工合成存在巨大的挑戰(zhàn)性。
2017年，北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部葉新山課題組從簡(jiǎn)單的單糖原料出發(fā)，采用他們前期所發(fā)展的基于糖基供體“預(yù)活化”的一釜寡糖合成策略（Angew. Chem. Int. Ed., 2004, 43, 5221），以克級(jí)規(guī)模實(shí)現(xiàn)了寡糖鏈的大量制備；并且利用構(gòu)象受限的糖基供體高立體選擇性地構(gòu)建1,2-順式糖苷鍵；隨后再次使用“預(yù)活化”一釜寡糖合成策略分別完成了兩條多糖鏈（A鏈和B鏈）的快速組裝；最后采用他們自己發(fā)展的糖基化反應(yīng)偶聯(lián)劑（Synlett,2006, 2846），經(jīng)[31+31+30]糖基化反應(yīng)將兩條B鏈與A鏈定點(diǎn)對(duì)接，順利實(shí)現(xiàn)了高度分支化、由92個(gè)單糖單元所組成的阿拉伯半乳聚糖的首次全合成。
最近，受到自動(dòng)合成多核苷酸和多肽的啟發(fā)，德國(guó)馬普研究所的Peter H. Seeberger教授課題組在自動(dòng)多糖合成裝置（AGA）中，通過(guò)201個(gè)步驟，僅用188小時(shí)就合成出了100個(gè)鏈段長(zhǎng)度的多糖碳水化合物，一舉打破了之前92的記錄，收率為5%。他們還將合成的30和31個(gè)鏈段長(zhǎng)度的寡糖[31 + 30 + 30 + 30 + 30]通過(guò)偶聯(lián)反應(yīng)制備出151個(gè)鏈段長(zhǎng)度的枝鏈聚甘露糖苷，收率41％。這一研究提出了一種快速合成結(jié)構(gòu)確定的長(zhǎng)鏈多糖化合物的方法，必將有利促進(jìn)生物和材料科學(xué)的發(fā)展。
100個(gè)鏈段長(zhǎng)度的直鏈多糖的合成
為了合成100個(gè)鏈段長(zhǎng)度的直鏈多糖化合物，研究者在AGA中加入含有光裂解基團(tuán)的聚苯乙烯Merrifield樹(shù)脂和19 μmol的甘露糖2進(jìn)行反應(yīng)，每個(gè)過(guò)程由4步組成：①酸洗20分鐘，以去除殘留的堿；②糖基化反應(yīng)20-60分鐘，甘露糖為5-6.5當(dāng)量；③保護(hù)未反應(yīng)的親核基團(tuán)30分鐘；④脫除Fmoc碳酸酯保護(hù)基團(tuán)14分鐘，以進(jìn)行下一個(gè)糖基化反應(yīng)。上述4個(gè)步驟重復(fù)進(jìn)行就能不斷增加多糖的鏈長(zhǎng)。
隨著多糖鏈長(zhǎng)的不斷增加，糖基化反應(yīng)時(shí)間隨之增加，鏈長(zhǎng)為40時(shí)，時(shí)間從20分鐘增加到40分鐘，超過(guò)80后，糖基化時(shí)間延長(zhǎng)到60分鐘，經(jīng)過(guò)188小時(shí)后多糖鏈段增長(zhǎng)到100。最初加入了9 g甘露糖2，最終得到了39 mg 的α-(1-6)-聚甘露糖苷3，收率為5%。通過(guò)自動(dòng)合成方法，研究者合成了最長(zhǎng)鏈段的多糖化合物，大大降低了合成時(shí)間。
151個(gè)鏈段長(zhǎng)度的枝鏈多糖的合成
為了制備出枝狀結(jié)構(gòu)的多糖，研究者以樹(shù)脂5為載體，甘露糖2為原料，經(jīng)過(guò)45小時(shí)合成了線性α-(1-6)- 聚甘露糖苷6，在光解、三氯乙腈或脫氧氟處理后得到了化合物7和8。隨后研究者以甘露糖2和分支結(jié)構(gòu)9合成了31個(gè)鏈段長(zhǎng)度的聚甘露糖苷10。
他們以三氟甲磺酸銀-茂鐵二氯化物為活化劑，以6當(dāng)量的化合物8和10合成了151個(gè)鏈段長(zhǎng)度的枝狀多糖11，收率為78%，同時(shí)還產(chǎn)生了20％的121個(gè)鏈段長(zhǎng)度的副產(chǎn)物。
在化合物11中加入甲醇鈉處理16小時(shí)，以去除148個(gè)酯基保護(hù)基體，然后通入氫氣，以鈀/碳為催化劑，氫化72小時(shí)去除302個(gè)芐基醚和1個(gè)Cbz保護(hù)基團(tuán)，最終得到了完全脫保護(hù)的化合物12，收率41％，通過(guò)1H、13C NMR以及MALDI-mass分析確定了支鏈12是迄今為止人工合成的最長(zhǎng)枝鏈多糖。
小結(jié)
德國(guó)馬普研究所的Peter H. Seeberger教授課題組在AGA中以PS樹(shù)脂為載體、甘露糖2為原料，僅耗時(shí)188小時(shí)就合成了100個(gè)鏈段長(zhǎng)度的聚甘露糖苷化合物，收率5%，一舉打破了92個(gè)鏈段長(zhǎng)度的記錄。
每個(gè)過(guò)程包括酸洗、糖基化、保護(hù)和脫保護(hù)四個(gè)步驟，重復(fù)這個(gè)過(guò)程就能不斷增加多糖的鏈長(zhǎng)，隨著多糖鏈長(zhǎng)的不斷增加，糖基化反應(yīng)時(shí)間隨之增加，鏈長(zhǎng)超過(guò)80后，糖基化時(shí)間提高到60分鐘。他們還以鏈長(zhǎng)30的直鏈聚甘露糖苷7和8，鏈長(zhǎng)31的枝鏈聚甘露糖苷10為原料合成了151個(gè)鏈段長(zhǎng)度的枝狀多糖11，在脫除了148個(gè)酯基、302個(gè)芐基醚和1個(gè)Cbz保護(hù)基團(tuán)后，得到了迄今為止最長(zhǎng)的枝鏈多糖化合物，收率41％。
