多糖是一類像核酸、蛋白質(zhì)的生物大分子，在生命過程中發(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，因此多糖的合成問題長期困擾著合成化學(xué)家。
阿拉伯半乳聚糖（Arabinogalactan）是一種重要的多糖，它是結(jié)核分枝桿菌細胞壁的重要組成成分，與細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)核分枝桿菌細胞壁生物合成機制的闡釋提供基礎(chǔ)，而且有助于開發(fā)預(yù)防結(jié)核病的新型糖疫苗。正因為如此，該多糖分子近二十年來一直吸引著國內(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），以克級規(guī)模實現(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鏈定點對接，順利實現(xiàn)了高度分支化、由92個單糖單元所組成的阿拉伯半乳聚糖的首次全合成。
最近，受到自動合成多核苷酸和多肽的啟發(fā)，德國馬普研究所的Peter H. Seeberger教授課題組在自動多糖合成裝置（AGA）中，通過201個步驟，僅用188小時就合成出了100個鏈段長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個鏈段長度的寡糖[31 + 30 + 30 + 30 + 30]通過偶聯(lián)反應(yīng)制備出151個鏈段長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)確定的長鏈多糖化合物的方法，必將有利促進生物和材料科學(xué)的發(fā)展。
100個鏈段長度的直鏈多糖的合成
為了合成100個鏈段長度的直鏈多糖化合物，研究者在AGA中加入含有光裂解基團的聚苯乙烯Merrifield樹脂和19 μmol的甘露糖2進行反應(yīng)，每個過程由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當量；③保護未反應(yīng)的親核基團30分鐘；④脫除Fmoc碳酸酯保護基團14分鐘，以進行下一個糖基化反應(yīng)。上述4個步驟重復(fù)進行就能不斷增加多糖的鏈長。
隨著多糖鏈長的不斷增加，糖基化反應(yīng)時間隨之增加，鏈長為40時，時間從20分鐘增加到40分鐘，超過80后，糖基化時間延長到60分鐘，經(jīng)過188小時后多糖鏈段增長到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%。通過自動合成方法，研究者合成了最長鏈段的多糖化合物，大大降低了合成時間。
151個鏈段長度的枝鏈多糖的合成
為了制備出枝狀結(jié)構(gòu)的多糖，研究者以樹脂5為載體，甘露糖2為原料，經(jīng)過45小時合成了線性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個鏈段長度的聚甘露糖苷10。
他們以三氟甲磺酸銀-茂鐵二氯化物為活化劑，以6當量的化合物8和10合成了151個鏈段長度的枝狀多糖11，收率為78%，同時還產(chǎn)生了20％的121個鏈段長度的副產(chǎn)物。
在化合物11中加入甲醇鈉處理16小時，以去除148個酯基保護基體，然后通入氫氣，以鈀/碳為催化劑，氫化72小時去除302個芐基醚和1個Cbz保護基團，最終得到了完全脫保護的化合物12，收率41％，通過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枝鏈多糖。
小結(jié)
德國馬普研究所的Peter H. Seeberger教授課題組在AGA中以PS樹脂為載體、甘露糖2為原料，僅耗時188小時就合成了100個鏈段長度的聚甘露糖苷化合物，收率5%，一舉打破了92個鏈段長度的記錄。
每個過程包括酸洗、糖基化、保護和脫保護四個步驟，重復(fù)這個過程就能不斷增加多糖的鏈長，隨著多糖鏈長的不斷增加，糖基化反應(yīng)時間隨之增加，鏈長超過80后，糖基化時間提高到60分鐘。他們還以鏈長30的直鏈聚甘露糖苷7和8，鏈長31的枝鏈聚甘露糖苷10為原料合成了151個鏈段長度的枝狀多糖11，在脫除了148個酯基、302個芐基醚和1個Cbz保護基團后，得到了迄今為止最長的枝鏈多糖化合物，收率41％。
