文章题目：Total Synthesis of Conjugation-Ready Sulfated Red Algae Carrageenan Oligosaccharides for Sensing Applications

发表期刊：Journal of the American Chemical Society

影响因子：16.6（JCR2026，Q1）

通讯单位：耶路撒冷希伯来大学化学研究所与纳米科学与纳米技术中心

        卡拉胶（Carrageenan，CGN）是红藻细胞壁中的硫酸化半乳聚糖，由交替的β(1→4)与α(1→3)糖苷键连接半乳糖二糖单元，依硫酸化与脱水修饰分为十余个亚型，广泛用于食品、化妆品与药物递送。天然卡拉胶链长与修饰各异，批次差异与交叉反应使构效关系难以在分子水平厘清。本研究以单硫酸化的γ-卡拉胶为原型，全合成了可偶联的系列硫酸化寡糖，并解析硫酸化模式与链长对趋化因子IL-8结合偏好的影响。

        合成须应对三重难题：1,2-Cis糖苷键的立体控制、半乳糖C4轴向羟基的糖苷化困难，以及支撑组装后位点专一硫酸化的多层次正交保护基。作者采用收敛式路线：以苄叉保护的半乳糖基Schmidt供体、对甲苯硫苷为受体，先经1+1糖苷化得α(1→3)二糖砌块，再以2+1与2+2糖苷化向还原端延伸，由氨基Linker封端（图1）。目标分子为未硫酸化与6位硫酸化的二、三、四糖，骨架相同而硫酸化模式与链长不同。

图1 γ-卡拉胶的结构、合成难点与目标寡糖及单糖、二糖单元的逆合成设计

        砌块的制备体现了保护基层次的设计。受体3位经二丁基锡缩醛中间体选择性保护，有机锡介导的Fmoc引入此前未见报道，区域选择性完全且无双取代副产物；随后以稀吗啉溶液温和脱除，避免了4位与2位酰基迁移（图2）。供体的对甲氧基苄叉缩醛基则以扭转张力促进顺式糖苷化。

图2 糖基供体与硫苷受体的制备：二丁基锡缩醛中间体介导O-3位Fmoc区域选择性引入及无迁移脱除

        在酸催化下活化糖基供体而不触动受体对甲苯硫酚离去基，1+1糖苷化以完全的α(1→3)选择性获得二糖硫苷，其端基构型经HSQC耦合常数确证（图3）。

图3 α(1→3)二糖硫苷供体的1+1糖苷化及非去耦HSQC对端基构型的确认

        二糖与过量氨基烷基受体偶联、脱除TBDPS保护基后先硫酸化再全局脱保护，即得单硫酸化二糖；硫酸化位点专一性由DEPT谱中6位亚甲基碳的显著低场位移确认。此步产率中等，这由于甲醇钠处理时部分硫酸酯的脱除（图4）。

图4 单硫酸化/未硫酸化二糖（mSd/nSd）的合成与硫酸化位点确证（DEPT）

        三糖的组装要在位阻大、亲核性差的二糖4位羟基上实现β(1→4)糖苷键构建。全Bz保护的糖基供体虽能够实现β构型糖苷键的定向能力却难与惰性受体反应，作者改用活化程度更高3位Nap、4,6位Bn基保护的硫苷供体进行补偿，经2+1糖苷化获得三糖（图5）。

图5 经2+1糖苷化装配卡拉胶三糖骨架

        三糖前体的脱保护呈三条路线：先氢解、经典甲醇解、选择性切除萘甲基。甲醇解无法移除与醚键相邻的2″-O-苯甲酰基，只得组成固定的混合物；最终以选择性切除Nap保护基后完成两步全局脱保护（图6）。

图6 三糖前体脱保护的三条路线比较：先氢解、经典甲醇解与选择性切除萘甲基

        制备6位硫酸化三糖时，TBDPS保护的6位因体积大而紧邻受体，使2+1糖苷化效率极低；换用位阻较小的Lev保护基后同一供体效率大幅提升，说明受体可及性才是糖苷化的瓶颈（图7）。Bz保护基的碱性水解又因Nap保护基而不完全，作者遂先切Nap并以乙酰基封端，使分子仅余唯一游离的6位羟基，硫酸化成为单一产物，再避开甲醇钠、以氢氧化锂水解Bz，氢化还原得目标三糖。

图7 以乙酰丙酸酯替代硅醚并经萘甲基—乙酰基置换制备6′-O-硫酸化三糖

        四糖被视为生物活性评价的基准长度。2+2装配中惰性二糖供体几乎不与受体反应，更换活化体系亦无改善；改用活化程度更高的二糖供体后产物得以形成，限速因素也由供体活性转为活化态供体的分解，降温即可提高产率（表1）。脱保护与硫酸化沿用三糖经验，氢解得单硫酸化四糖，其HSQC谱呈现四个端基氢信号，两个α与两个β连接并存，与硫酸酯相邻的H-5明显低场位移（图8）。

图8 未硫酸化与单硫酸化四糖的合成及其HSQC端基信号

        采用循环伏安法施加氧化电位检测硫酸化模式与链长对趋化因子IL-8结合偏好的影响，将6种寡糖通过氨基连接臂共价固载于玻碳电极表面；硫2p XPS能谱结果与硫酸酯结构特征一致。对照电极以及固载未硫酸化二糖的电极，电荷转移电阻无明显变化，而固载单硫酸化二糖的电极电荷转移电阻显著升高，证明该识别作用依赖糖链的硫酸化修饰（图 9）。三糖系列呈现一致规律；四糖体系中，未硫酸化与硫酸化寡糖均可发生结合，且单硫酸化寡糖的响应信号随糖链长度增加呈单调上升趋势，提示除静电相互作用外，伸展的糖骨架同样参与识别过程。单硫酸化四糖的传感响应与天然配体硫酸乙酰肝素四糖片段相近，说明二糖、三糖同样具备生物学意义上的结合亲和力。

图9 寡糖修饰电极的构建与IL-8结合评价

        该工作首次实现可偶联γ-卡拉胶硫酸化寡糖的全合成，在交替α/β键的立体与区域化学、位点专一硫酸化及官能化连接臂三方面同时可控；其保护基策略与反应性-选择性权衡经验可复用于其他亚型，传感结果则把硫酸化模式与链长对识别的贡献由推测变为可测。局限亦明显：关键糖苷化产率偏低、硫酸酯在碱性下易损失、仅覆盖单硫酸化γ亚型。若与酶法或自动化组装结合、扩充片段库并引入更接近生理的识别体系，卡拉胶构效研究有望真正进入分子层面。

        原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c09827

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作者：汪浩

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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