核苷三磷酸与糖核苷酸是重要的核苷磷酰化合物,不仅在生命活动中扮演着重要角色,而且在生物及医药研究中也有着广泛应用。天然核苷三磷酸是细胞能量来源和DNA与RNA生物合成的底物。修饰的核苷三磷酸在抗病毒药物开发、基因编辑生物技术等方面有着重要应用。另一方面,糖核苷酸是寡糖、糖脂、糖蛋白等糖类物质生物合成的重要底物,同时在寡糖的酶促合成与新型糖苷类抗生素药物的开发与制备方面也有巨大的应用潜力。核苷三磷酸与糖核苷酸的传统化学合成方法仍然存在一些有待解决的问题。例如,在核苷三磷酸合成中,活化核苷单磷酸中间体的反应活性往往过高,使偶联反应难于控制。本课题组2013年报道的“磷（Ⅴ）–氮活化策略”利用4,5-二氰基咪唑（DCI）原位活化核苷磷酰哌啶中间体,在温和的反应条件下高效的实现了核苷三磷酸的合成。虽然“核苷磷酰哌啶/DCI”体系成功用于糖核苷酸的合成,但是由于糖单磷酸亲核性较弱,偶联反应中的亲核催化会导致大量磷酰哌啶自身缩合副产物的生成。这也是其它糖核苷酸合成方法中存在的难题。在“磷（Ⅴ）–氮活化策略”的研究基础上,本硕士论文的第二章至第四章分别对1)新型“核苷磷酰吖丁啶/TFA”体系合成核苷三磷酸的新方法、2)新型“核苷磷酰吖丁啶/TFA”体系合成糖核苷酸的新方法、3)由糖磷酰吖丁啶合成糖核苷酸的新方法进行研究。具体研究内容如下所述。本论文第二章的主要研究内容是新型“磷（Ⅴ）–氮活化”体系——“核苷磷酰吖丁啶/TFA”合成核苷三磷酸的方法研究。本研究结合肌酸激酶催化可逆磷酰化过渡态中间体的晶体结构解析与“磷（Ⅴ）–氮活化”反应机理的共同点,明确了“磷（Ⅴ）–氮活化体系”的优化方向。首先,本研究通过实验证明了参与反应的亲核试剂是高度质子化的,将三个四丁基铵的焦磷酸替换为一个四丁基铵盐的焦磷酸后,可以将活化试剂从原有的6倍量大幅降低到2倍量。在已经报道的“磷（Ⅴ）–氮活化”体系研究中,活化试剂在水中pK_a与活化效果并没有直接关系。本论文研究了一系列在DMF/DMSO中1.5<pK_a<8.5的酸性活化试剂对反应的影响,发现无论活化试剂是否有亲核共轭碱,pK_a在3.45–4.5之间的活化试剂都有很好的活化效果。因此,价廉易得的TFA是非常理想的活化试剂。在此基础上,本研究发现结构更小、环张力更大的磷酰吖丁啶反应性明显优于原有的磷酰哌啶。“核苷磷酰吖丁啶/TFA”体系在一系列核苷三磷酸与核苷四磷酸的合成中展现出了极高的效率与底物通用性。该体系与单磷酸反应也成功的得到了核苷二磷酸,说明吖丁啶离去性的大幅度提高使得该反应不再需要共轭碱亲核催化。本论文第三章的主要研究内容是新型“磷（Ⅴ）–氮活化”体系合成糖核苷酸的方法研究。如前所述,共轭碱亲核催化是糖核苷酸合成中双核苷二磷酸副产物生成的主要因素,因此“核苷磷酰吖丁啶/TFA”体系（仅通过酸催化机理反应）非常有可能解决磷酰胺自身缩合的难题。本研究发现不存在亲核催化机理的“核苷磷酰吖丁啶/TFA”体系在与糖单磷酸的偶联中明显地抑制了双核苷二磷酸副产物的生成。随后,进一步降低TFA的用量,降低副产物生成,提高目标产物的产率。最后,本研究利用优化后的新型“磷（Ⅴ）–氮活化”体系高效地合成了7种天然/非天然糖核苷酸。由于该新方法极大地降低了双核苷二磷酸与核苷单磷酸的生成,使得该方法的产率不仅明显高于已报导的方法,而且极大地降低了产物分离难度。本论文第四章的主要研究内容是由糖磷酰吖丁啶合成糖核苷酸的新型方法研究。在糖核苷酸的合成中,“核苷磷酰吖丁啶/TFA”体系虽然解决了核苷磷酰胺自身缩合的问题,但大部分糖单磷酸极差的的可得性、溶解性以及端位构型的单一性在一定程度上限制了该方法的应用。在本章的研究中,本论文首次尝试了以糖磷酰胺与核苷单磷酸偶联得到糖核苷酸的新型合成策略。首先,本论文通过糖亚磷酰异构化反应合成并分离得到端位构型单一的全保护糖磷酰吖丁啶。全脱保护的糖磷酰吖丁啶在TFA的作用下与核苷单磷酸反应,几乎全部生成糖-1,2-环磷酸副产物。因此,本研究不得不使用糖基保护的磷酰吖丁啶与核苷单磷酸进行偶联。实验结果显示偶联反应产率极高而且保护的糖核苷酸极性小,易于与核苷单磷酸分离。但是,在尝试使用CH₃ONa/CH₃OH等方法脱除糖核苷酸糖基保护基时导致产物大量分解。最终,经过大量的实验,本研究发现Cs₂CO₃/CH₃OH可以高效迅速脱除糖基保护基,并利用该新方法高效合成了12种端位构型单一的糖核苷酸目标产物,为糖核苷酸的合成建立了一种高效通用的新方法。