追求糖基卟啉的红移——一种基于中位-四炔基卟啉(meso-Tetraethynylporphyrin)骨架合成糖缀合物新方法

《ACS Organic & Inorganic Au》：Pursuing the Red-Shift in Glycoporphyrins─A New Synthetic Approach toward Glycoconjugates from the meso-Tetraethynylporphyrin Scaffold

　　

光动力疗法(PDT)是一种前景广阔的抗癌治疗手段。为进一步发展该技术，亟需开发更符合生物学要求的新光敏剂(PS)。糖基卟啉(glycoporphyrins)因其水溶性提高及靶向癌细胞的能力，被视为极具潜力的合成靶分子。本文报道了合成研究，研究人员提出一种基于Sonogashira反应的原创策略，用于制备独特的卟啉-烯糖(glycal)缀合物。该方法使研究人员合成了5种新型光敏剂，其中糖基单元影响了另一关键因素——光敏剂吸收谱的红移(bathochromic shift)。这些结构能够吸收740–780 nm波段的光。研究表明，该研究发展了可溶于水糖基卟啉的合成策略，并初步确认了其单线态氧(singlet oxygen)产生能力。

本文对发表于《ACS Organic & Inorganic Au》的论文《Pursuing the Red-Shift in Glycoporphyrins─A New Synthetic Approach toward Glycoconjugates from the meso-Tetraethynylporphyrin Scaffold》进行解读总结。

研究背景

卟啉(porphyrin)类有机染料因生物相容性及可见光吸收产生活性氧(ROS)的特性，被广泛研究作为光动力疗法(PDT)的光敏剂(PS)。然而典型合成卟啉存在极性溶剂中溶解度低导致生物利用度差、缺乏癌细胞靶向性、吸收波长位于高能短波区组织穿透力不足等问题。糖基卟啉(glycoporphyrins, 卟啉-糖类缀合物)被认为是第三代光敏剂候选物：糖基亲水性能改善整体两亲性从而提高水溶性及生物利用度；癌细胞过表达的糖结合凝集素(lectins)使糖基可介导靶向递送(Trojan horse效应)；此外若糖基参与卟啉大环共轭体系可能引起吸收带红移(bathochromic shift)。已有合成路线多生成易水解的C–O或酯键，缺乏通用方法，且未见糖基引起显著红移的系统性研究。此前课题组已用Suzuki-Miyaura及Sonogashira反应构建C–C键连接的糖缀合物，发现中位(meso)位直接偶联时糖基可使吸收峰红移约20 nm，故推测在A₄型中位-四炔基卟啉(meso-tetraethynylporphyrin, 化合物5a)四个meso位全偶联糖基可最大化此效应并获得近红外吸收。

主要关键技术方法

研究人员首先尝试先合成糖基化丙炔醛再经Lindsey缩合构筑卟啉环，失败后改为"先合成中位-四炔基卟啉再糖基化"路线。糖基化采用无铜Sonogashira交叉偶联反应，以2-碘代烯糖(2-iodoglycal)为亲电组分、中位-四炔基卟yrin(5a)为末端炔组分，使用Pd-XPhos-G3预催化剂及过量XPhos配体，在三乙胺/甲苯混合溶剂中于60–70 ℃反应，关键操作是将预热溶于甲苯/三乙胺的卟啉5a溶液通过连续恒压滴加计减少局部浓度以抑制Glaser型寡聚副反应。产物经脱乙酰保护得水溶性糖基卟啉。采用UV–vis紫外可见光谱测定吸收波长(Q带)，以9,10-二甲基蒽(DMA)作化学捕获剂测定单线态氧(singlet oxygen, ¹O₂)生成动力学及量子产(Φ_Δ)，以正辛醇/水分配系数(log P_o/w)评估亲水性，并以¹H NMR、¹³C NMR及高分辨质谱(HRMS-ESI)进行结构表征。底物拓展涵盖D-葡萄糖烯(glucal)、D-半乳糖烯(galactal)、D-木糖烯(xylal)、L-鼠李糖烯(rhamnal)及二糖D-麦芽糖烯(maltal)。

研究结果

Initial Attempts─Application of Glycosylated Aldehyde

研究人员按文献先合成带丙炔基的2-碘-D-葡萄糖烯(1a)，经Sonogashira偶联引入丙炔醇后Dess-Martin氧化得糖基化丙炔醛(3a)。尝试用Lindsey条件(BF₃·Et₂O或TFA催化吡咯与醛缩合)合成卟啉，BF₃·Et₂O引发烯糖寡聚，TFA在多种浓度下(1.7–15.2 mmol/L)低浓度不活化醛、高浓度致混合物变黑无卟啉生成，故放弃先糖基化后成环策略。

Glycosylation of the Porphyrin Framework

改用以中位-四炔基卟啉(5a)与2-碘烯糖经Sonogashira四步连续偶联合成目标糖基卟啉(4a–e)。优化显示：禁用CuI以防Glaser偶联；Pd-XPhos-G3(0.3 eq)/XPhos(0.6 eq)体系最优；反应1 h；最关键为将溶于80℃甲苯/三乙胺的5a溶液连续缓慢注入已升温至70℃的反应液(20 min恒压滴加)，最终四步总收率达44%(平均每步~81%)，且可五倍放大。底物拓展获五种糖基卟啉：4a(D-glucal, 44%)、4b(D-galactal, 34%)、4c(D-xylal, 37%)、4d(L-rhamnal, 40%)、4e(D-maltal二糖, 22%)。

UV–vis光谱显示所有糖基卟啉4a–e的Q带相较原料5a(λ_max=710 nm)发生红移及增色效应，吸收位于740–780 nm生物窗口区(λ_max=745–756 nm)，其中D-galactal修饰的4b红移最大，说明糖基参与π共轭扩展并受糖构象影响。脱保护得羟基游离糖基卟啉6a(log P_o/w= –0.44)，比含meso-芳基的A₄型或A₂B₂型糖基卟啉更亲水。单线态氧检测表明所有4a–e均可高效产生¹O₂，以TPP(tetraphenylporphyrin)为参比测得乙酰化4a的Φ_Δ=0.48±0.09，脱保护6a的Φ_Δ=0.13±0.03(可能因聚集或ROS种类差异)，证实具PDT潜力。

Conclusions(结论翻译)

研究人员提出了一种新的合成方法用于制备具有显著水溶性的红移糖基卟啉。该类结构可有效吸收生物窗口区域波长的光。基于Sonogashira的策略使研究人员能高效将包括二糖型烯糖在内的2-碘烯糖与中位-四炔基卟啉骨架交叉偶联。所有糖缀合物均能产生单线态氧，证明其作为第三代光敏剂在光动力疗法中具有良好的候选价值。