核苷二磷酸糖的新型合成方法研究

Nucleoside diphosphate sugars (NDP-sugars) are the natural glycosyl donors in the biosynthesis of diverse saccharides in cells. In recent years, the chemoenzymatic methods based on glycosyltransferases and NDP-sugars have been extenstively applied in oligosaccharide synthesis and development of novel antibiotics. Up to date, however, a general and high-yielding method for the synthesis of NDP-sugars is still an unsolved problem. On the basis of the advances we have made in the synthesis of nucleoside triphosphates and phosphorus-linked glycopeptides, the "P(V)-N activation strategy" and "glycosyl anomerization upon phosphitylation", this grant proposal will conduct the following research including 1) establishment of the "P(V)-N activation" method based on the "nucleoside phosphoropiperidate/4,5-dicyanoimidazole" system for the synthesis of diverse NDP-sugars; 2) mechanism-oriented rational design and optimization of the key factors of the "P(V)-N activation strategy" such as the amine leaving group and activator, and suppression of the self-condensation of nucleoside phosphoramidate for highly efficient synthesis of NDP-sugars; 3) development of a stereoselective approach for the preparation of glycosyl-1-phosphoramidate precursors according to the anomerization reaction we discovered and a novel synthetic route for NDP-sugars and their analogs from glycosyl-1-phosphoramidates and nucleoside monophosphates via the "P(V)-N activation strategy".

核苷二磷酸糖是细胞中各种糖类物质生物合成的天然糖基供体。近年来，基于糖基转移酶和核苷二磷酸糖的酶促合成方法在寡糖合成和抗生素开发等前沿领域得到了广泛应用。但是，目前核苷二磷酸糖还没有一种通用、高效的化学合成方法。根据本课题组在核苷三磷酸和磷酰糖肽合成研究中取得的重要进展—“磷（V）-氮活化策略”和“糖基亚磷酰异构化反应”，本项目将1）建立基于“核苷磷酰哌啶/4,5-二氰基咪唑”体系的核苷二磷酸糖新型合成法；2）根据“磷（V）-氮活化”机理，对现有体系中的氨基离去基、活化试剂等关键要素进行系统的合理化设计与优化，得到反应性更好的“磷酰胺/活化试剂”体系，解决现有体系核苷磷酰胺自身缩合的难题；3）利用糖基亚磷酰异构化反应，建立立体选择性合成糖-1-磷酰胺的新方法，并首次以糖磷酰胺和核苷单磷酸为原料利用“磷（V）-氮活化策略”高效合成核苷二磷酸糖及其类似物。

糖核苷酸是细胞中各种糖类物质生物合成的天然糖基供体。近年来，基于糖基转移酶和糖核苷酸的酶促合成方法在寡糖合成和抗生素开发等前沿领域得到了广泛应用。但是，目前糖核苷酸还缺乏通用、高效的化学合成方法。根据本课题组前期在核苷三磷酸和磷酰糖肽合成研究中取得的进展—“磷（V）-氮活化策略”和“糖基端位亚磷酰异构化反应”，本项目在以下三个方面进行了系统深入的研究。1）建立基于“核苷磷酰哌啶/4,5-二氰基咪唑”体系的核苷二磷酸糖新型合成法。2）根据“磷（V）-氮活化”机理，对现有体系中的离去基、活化试剂等关键要素进行系统的合理化设计与优化，得到反应性更好的“磷酰胺/活化试剂”体系，解决现有体系的问题，并将其拓展到其它各种类型核苷多磷酸的高效合成。3）利用糖基端位亚磷酰异构化反应，建立立体选择性合成糖-1-磷酰胺的新方法，并首次以糖磷酰胺和核苷单磷酸为原料利用“磷（V）-氮活化策略”高效合成核苷二磷酸糖及其类似物。此外，我们还在糖和核苷重要中间体的合成方法行了探索与创新，并取得了良好的实验结果。综上，在课题组全体成员的共同努力下，本项目在研究期间在论文发表，专利申请/授权，研究生培养等方面全部达到或超过了计划书制定的目标，圆满地完成了科研任务。