BEPT糖基化新策略：高效直接合成核苷类药物的突破性进展

《Nature Communications》：Direct and efficient synthesis of nucleosides through the ortho-(tert-butylethynyl)phenyl thioglycosides (BEPTs) protocol

本研究针对核苷化学合成中核碱基反应活性低、预活化步骤繁琐等长期难题，开发了基于邻位叔丁基乙炔苯基硫苷（BEPTs）的金催化直接糖基化新方法。该策略无需核碱基预硅烷化，反应速率显著提升，底物适用范围广，并可实现2'-脱氧核苷的立体选择性合成。通过机理研究揭示了HFIP溶剂的协同氢键效应，并成功应用于Angustmycin A、dJ等活性核苷的克级规模制备，为核苷药物开发提供了高效实用的合成平台。

　　

核苷作为生命活动中的关键分子，不仅参与DNA/RNA合成、细胞信号转导等生理过程，更是抗病毒、抗肿瘤药物的重要来源。然而，传统核苷化学合成面临核碱基受体反应活性低、需要预活化修饰、反应速度慢、立体选择性控制难等挑战。尤其在对时效性要求极高的药物研发中，这些瓶颈严重制约了新型核苷类药物的开发进程。

为解决上述问题，江西师范大学碳水化合物合成国家研究中心的孙建松团队在《Nature Communications》发表了创新性研究成果。他们设计了一类新型糖基化供体——邻位叔丁基乙炔苯基硫苷（BEPTs），建立了高效直接的核苷合成新方法。该方法通过金催化剂活化BEPT供体，实现了对未保护或简单保护核碱基的直接糖基化，无需传统的硅烷化预活化步骤，大幅提升了合成效率。

研究团队通过核磁共振滴定实验和密度泛函理论计算揭示了反应机理：叔丁基的位阻效应既能稳定关键的苯并噻吩-金催化剂中间体，又避免了核碱基与催化剂的过度配位。更引人注目的是，他们发现了六氟异丙醇（HFIP）溶剂的独特效应——其强氢键 donating 能力与金催化剂协同形成八元环氢键网络，不仅将尿嘧啶类底物的反应时间缩短至10分钟，还首次实现了游离尿嘧啶衍生物的直接糖基化。

关键技术方法包括：BEPT供体的设计与合成、金催化的直接糖基化反应、HFIP溶剂效应优化、光催化C-O键编辑技术用于2'-脱氧核苷合成、以及克级规模放大实验。机理研究结合了核磁共振波谱分析和理论计算，产物结构通过X射线单晶衍射确认。

结果与讨论

机理验证与供体优化

研究初期发现，含甲氧羰基的MCEPT供体在低催化剂用量下无法实现腺嘌呤衍生物的糖基化。团队创新性地将供体修饰为含叔丁基的BEPT变体，使模型反应收率提升至94%，并成功分离表征了关键的金催化剂中间体。理论计算表明，BEPT供体与金催化剂的配位能力（ΔG = -11.16 kcal/mol）远优于MCEPT供体（ΔG = -1.86 kcal/mol），从热力学角度解释了其高效性。

嘌呤类核苷的合成

通过"保护基策略"，双Boc保护的嘌呤衍生物与多种糖源（葡萄糖、半乳糖、甘露糖等）的BEPT供体直接偶联，获得59%-99%的收率。值得注意的是，甘露糖和鼠李糖基核苷出现了糖环构象翻转现象（⁴C₁→¹C₄）。在催化剂用量降至0.02当量时，反应仍保持高效，且HFIP/DCM混合溶剂使反应时间缩短至1小时。

嘧啶类核苷的突破

研究首次实现了无需预活化的嘧啶核苷直接合成。对于胸腺嘧啶等5-位取代衍生物，团队开发了"溶剂策略"，利用HFIP的氢键作用成功溶解游离碱基，10分钟内即可完成反应。核磁NOESY实验证实了HFIP-碱基-催化剂三元复合物的存在，解释了反应的高区域选择性（N1糖基化）。

2'-脱氧核苷的立体控制合成

结合光催化C-O键编辑技术，以二氢异烟酰基（DHIN）为立体控制和脱氧引发基团，实现了β构型2'-脱氧核苷的立体选择性合成。虽然该步骤受核碱基单元影响较大，但通过一锅法硅烷化/糖基化策略仍能获得62%-85%的脱氧产物收率。

实用性验证

与现有ABz和EGC协议相比，BEPT策略在多数底物上展现更高或相当效率。克级规模实验成功合成了氯代核苷和克拉屈滨（cladribine）等药物分子。最终，团队通过汇聚式合成路线，以11步最長线性序列获得angustmycin A（总收率15%），以5-7步序列获得碱基J（dJ）及其3'-脱氧类似物（总收率25%-30%），彰显了该策略在复杂活性核苷合成中的实用价值。

本研究发展的BEPT糖基化协议，通过巧妙的供体设计和反应条件优化，成功解决了核苷合成中的多个关键难题。其核心创新在于：稳定易得的BEPT供体、高效的金催化直接糖基化、HFIP溶剂的协同效应、以及与前沿光催化技术的有机结合。该策略不仅为核苷类药物研发提供了更高效、实用的合成工具，其揭示的机理规律对糖化学领域的发展也具有重要启发意义。特别是对Angustmycin A、dJ等具有复杂结构的生物活性核苷的成功合成，充分展示了该方法在推动核苷化学生物学研究和药物开发方面的巨大潜力。