豆科植物與根瘤菌的共生固氮是自然界氮循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)典的共生固氮起始于植物對(duì)根瘤菌表面的脂殼寡糖Nod Factor的識(shí)別。2007年，法國科學(xué)家Giraud等人報(bào)道了根瘤菌Bradyrhizobium?sp. BTAi1與其宿主豆科植物Aeschynomene indica的識(shí)別則不依賴Nod Factor，提示了一種新的未知的固氮機(jī)制的存在。隨后，意大利化學(xué)家Molinaro等對(duì)根瘤菌Bradyrhizobium?sp. BTAi1的脂多糖進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)其中的O-抗原是由一種全新結(jié)構(gòu)的雙環(huán)糖Bradyrhizose通過α-(1→7)糖苷鍵連接而成，并推測(cè)其可能在這種未知的固氮機(jī)制中扮演重要角色。
從細(xì)菌中難以分離得到足夠量的此種多聚糖以開展生物活性的研究，因此，需要依靠化學(xué)合成的手段來解決這一問題。化學(xué)合成可以提供一系列不同鏈長的寡糖，從而在三級(jí)結(jié)構(gòu)上研究鏈長和構(gòu)象對(duì)活性的影響。Bradyrhizose單糖是由半乳糖/肌醇反式并環(huán)而成的十碳糖，擁有8個(gè)羥基化的手性中心。俞飚課題組以葡萄糖糖烯為原料，通過Ferrier II型重排等關(guān)鍵反應(yīng)，以26步和9%的總收率完成了對(duì)Bradyrhizose單糖分子的首次合成（Chem. Commun.?2015, 51, 6964-6967）。
進(jìn)而，他們對(duì)Bradyrhizose單糖進(jìn)行了克級(jí)制備，并仔細(xì)研究了其α-(1→7)糖苷化反應(yīng)。Bradyrhizose分子的剛性結(jié)構(gòu)、密集官能團(tuán)和7位羥基的大位阻、以及1,2-順式糖苷鍵，給糖苷化帶來了巨大的挑戰(zhàn)?；诒Ｗo(hù)基對(duì)糖基底物電性的影響，他們利用給電子的芐基和吸電子的乙?；鶃碚{(diào)控糖苷化底物的活性，再輔以乙酰基潛在的遠(yuǎn)程參與效應(yīng)，成功抑制了Bradyrhizose糖苷化中諸多副反應(yīng)的發(fā)生。最終，他們使用該課題組發(fā)展的、已被廣泛應(yīng)用的三氟乙酰亞胺酯給體方法，高立體選擇性地制備了α-(1→7)連接的Bradyrhizose二糖、四糖和五糖。Molinaro等隨之對(duì)這些寡糖的溶液構(gòu)象進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)四糖和五糖都已經(jīng)具備了與天然多聚糖相似的右螺旋結(jié)構(gòu)。初步的生物測(cè)試發(fā)現(xiàn)該類寡糖不引起植物的免疫應(yīng)激反應(yīng)，而更深入的研究還在進(jìn)行之中。
此項(xiàng)研究成果已于近期在線發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.201610680）。
上述合成工作由俞飚課題組的李微博士完成；構(gòu)象分析由意大利University of Naples Federico II的Silipo博士和Molinaro教授完成；生物活性測(cè)試由丹麥University of Copenhagen的Gersby和Newman教授完成。此項(xiàng)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委和中科院等有關(guān)項(xiàng)目的資助。
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