《Nature Chem.》：探寻糖基化反应机理，捕捉中间产物糖基阳离子

近年来对糖基生物分子的研究成为了生物化学中一个新的热点，这是因为糖不仅仅为生物体提供能量，还在很多细胞功能中扮演重要角色。事实上，几乎所有的生物功能都与糖基分子有直接或间接的关联。不过由于实验手段的欠缺（相对于DNA、RNA和蛋白质而言），长期以来关于糖基生物分子的研究进展有限。

合成具有高度复杂性的糖基化合物是研究此类分子生物功能的基础，但是其合成方法却一直是糖化学中主要的一项挑战。此类反应大都基于一个有百年历史的糖基化反应，在这个反应中，一个在异头位置上有离去基团的碳水化合物作为糖基的供体，与另一个受体分子反应形成糖苷键。

多年来，更复杂的可立体选择性地将碳水化合物组装成低聚糖的合成方法不断涌现，已发表的糖基化实验结果数据不断累积，加之具有普遍性的糖基化方法的缺乏，这些都使得深入揭示糖基化的反应机理更为迫切。

最近，来自于法国和西班牙的一个化学家团队，在《Nature Chemistry》杂志上发表了一种新的方法来稳定糖基化的瞬态中间产物，为进一步揭示糖基化反应机理打下了坚实的基础。

一个被广泛接受的理论认为，糖基化反应涉及了一种名为糖基oxocarbenium离子的瞬态离子物质作为关键的中间产物，但这种物质还从未在实验中被发现和证实。这种糖基化反应的结果常常用亲核置换的机理来解释。不过，在这个过程中，是否出现一个带正电的离子态中间产物，决定了该反应到底是SN1还是SN2反应机制。由于涉及了很多反应参数，该反应往往被视为介于这两种反应机理之间，使得整个过程的描述更加复杂。在这种反应中，吡喃糖环上取代基的性质和空间方位对此瞬态离子的稳定性起到重要作用。虽然对于有少量取代基的糖化合物模型来说，预测其构象空间的理论还比较成功，可对于多取代的糖基化合物就比较困难了。

为了研究糖基化反应的过渡态或中间体，可变温度和低温NMR技术被认为是现在比较好的方法。基于电化学氧化反应的“阳离子池”的方法有利于在有机溶剂中的无环和环状的oxocarbenium离子的积累和低温NMR分析，但并没有观察到糖基阳离子的报道，这是因为在这种条件下这种糖基阳离子极不稳定。

这个法国和西班牙化学家团队使用液体氢氟酸 - 氟化锑（HF / SbF5）超强酸来产生来自于过乙酰化的2-脱氧和2-溴吡喃葡萄糖的糖基阳离子，并使其在凝聚相处于稳定状态。这种稳定性使得该糖基阳离子的三维结构能够通过NMR和辅助性的计算技术进行研究。其氘化实验进一步证实了糖基阳离子的结构对其立体化学结果的重要影响。

http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2399.html