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JACS:南開(kāi)鄧軍課題組重排三萜Spirochensilide A的仿生合成

來(lái)源:化學(xué)加網(wǎng)原創(chuàng)      2022-09-08
導(dǎo)讀:近日,南開(kāi)大學(xué)鄧軍課題組完成了從羊毛甾醇到重排三萜Spirochensilide A的仿生合成,該工作近期發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上(DOI: 10.1021/jacs.2c07198)。
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(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.

正文

結(jié)構(gòu)豐富,生物活性多樣的三萜天然產(chǎn)物都是眾多傳統(tǒng)中藥的重要組成成分之一,如羊毛甾烷型三萜天然產(chǎn)物憑借其出色的抗炎鎮(zhèn)痛、抗病毒、抗植物病原菌、以及抗腫瘤等活性成為藥物化學(xué)家關(guān)注的重點(diǎn)。Spirochensilides A-B是2015年蘭州大學(xué)高坤課題組(Org. Lett. 2015, 17, 2760-2763)從秦嶺冷杉的枝葉中分離得到的一類(lèi)結(jié)構(gòu)新穎的羊毛甾烷型三萜天然產(chǎn)物(圖1A)。結(jié)構(gòu)上,它們具有螺[4.5]癸烷(B,C環(huán))模塊組成的6/5/6/5獨(dú)特的四環(huán)全碳骨架,以及兩對(duì)相鄰的全碳手性中心(C8/C10和C13/C17)。生物活性方面,其對(duì)NO的產(chǎn)生有中等抑制作用,可作為炎癥研究的潛在探針?lè)肿?。與此同時(shí),高坤課題組還推測(cè)Spirochensilide A是由環(huán)氧化合物5經(jīng)Meinwald重排、酶催化的C17C-H氧化及兩步Wagner-Meerwein重排反應(yīng)來(lái)得到的(圖1B)。Spirochensilide A獨(dú)特的骨架結(jié)構(gòu)和生物活性吸引了國(guó)內(nèi)外合成化學(xué)家的關(guān)注。2020年,北京大學(xué)的楊震課題組(J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 8116-8121)以半頻哪醇重排、鎢介導(dǎo)的環(huán)丙烯Pauson-Khand反應(yīng)以及單線(xiàn)態(tài)氧促進(jìn)的氧化環(huán)化反應(yīng)為關(guān)鍵反應(yīng),最終以22步,2.2%總收率完成Spirochensilide A的首次不對(duì)稱(chēng)全合成。

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圖1. Spirochensilide A 的結(jié)構(gòu)及生源分析(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.
南開(kāi)大學(xué)鄧軍課題組致力于通過(guò)仿生合成策略來(lái)提高復(fù)雜活性天然產(chǎn)物全合成的效率。過(guò)去幾年中,陸續(xù)完成了多個(gè)家族天然產(chǎn)物的仿生合成工作(Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 14221-14224;Angew. Chem. Int. Ed.2019, 58, 17552-17557;Org. Lett.202022, 9421-9426.),并提出了基于生源啟發(fā)的分子網(wǎng)絡(luò)分析方法(Bioinspired Structure Network Analysis), 建立了細(xì)胞松弛素家族天然產(chǎn)物的通用合成策略,實(shí)現(xiàn)了該家族集群式高效合成(Chem. 20217, 212-223; Angew. Chem. Int. Ed.202160, 15963-15971.)近日該課題組利用生源網(wǎng)絡(luò)分析方法對(duì)Spirochensilide A開(kāi)展了生源分析,并提出了Spirochensilide A的可能生源合成途徑(圖1C)。該課題組認(rèn)為,羊毛甾醇(4)在一系列酶催化下首先在C17位進(jìn)行選擇性C-H氧化、四取代雙鍵環(huán)氧化后,發(fā)生兩步Wagner-Meerwein甲基遷移重排,形成關(guān)鍵中間體10,接著發(fā)生Meinwald重排得到6/5/6/5四環(huán)骨架,進(jìn)一步關(guān)上螺縮酮環(huán)最終的得到Spirochensilides A。該合成的難點(diǎn)主要在于:如何通過(guò)化學(xué)手段實(shí)現(xiàn)C17位的立體選擇性C-H氧化、并調(diào)控Wagner-Meerwein雙甲基遷移重排以及Meinwald 重排反應(yīng)的選擇性。
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圖2. Spirochensilide A 的仿生合成(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.
如圖2所示,基于以上的合成設(shè)想,作者從商業(yè)可得的羊毛甾醇(4)出發(fā),經(jīng)過(guò)乙酰基保護(hù)、臭氧化切斷側(cè)鏈、四取代雙鍵環(huán)氧化后得到醛中間體11。隨后對(duì)化合物11側(cè)鏈的醛進(jìn)行三氟甲基加成,接著DMP氧化,得三氟甲基酮中間體12。采用楊丹課題組發(fā)展的3級(jí)C-H氧化方法(J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 6611- 6612.),構(gòu)建了C17位的氧化態(tài)得到半縮醛,并通過(guò)KOH水解三氟甲基酮和內(nèi)酯,得到羧酸,最后將羧酸甲酯化得到中間體14。將14的3-OH用TBS保護(hù)基進(jìn)行保護(hù)之后,用SOCl2對(duì)C17位的羥基進(jìn)行消除,將得到的雙鍵用m-CPBA進(jìn)行環(huán)氧化,得到重排中間體15。

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圖3. Wagner–Meerwein重排條件優(yōu)化(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.
得到中間體15之后,經(jīng)過(guò)一系列條件篩選(圖3),最終在BF3·OEt2條件下,實(shí)現(xiàn)了兩步連續(xù)的Wagner–Meerwein重排反應(yīng)得到中間體17,并且在相同條件下繼續(xù)反應(yīng)即可得到Meinwald重排產(chǎn)物18,完成了核心四環(huán)骨架的構(gòu)建。在拿到18之后,作者開(kāi)始構(gòu)建右側(cè)螺縮酮環(huán)系。其認(rèn)為在側(cè)鏈碳骨架和氧化態(tài)調(diào)整到位之后,可以通過(guò)一步環(huán)化縮合直接構(gòu)建右側(cè)螺縮酮環(huán)系,將18中C16位的羥基用TMS保護(hù)基保護(hù),將側(cè)鏈的酯用DIBAL-H還原至醛,通過(guò)HWE反應(yīng)增碳,得到中間體20。將C23位用SeO2進(jìn)行烯丙位氧化得到烯丙醇,并用DMP將其氧化為酮,得到中間體21。至此,側(cè)鏈碳數(shù)和氧化態(tài)調(diào)整完畢,在光照條件下將雙鍵順?lè)串悩?gòu)化之后,在酸性條件下一步脫除16-OH的TMS保護(hù)基并完成螺縮酮結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。最后氫氟酸脫出3-OH的TBS保護(hù)基,得到天然產(chǎn)物Spirochensilide A。

總結(jié)


鄧軍課題組通過(guò)生源分析及理性的合成設(shè)計(jì),以選擇性C-H氧化及Wagner-Meerwein/Meinwald 重排、光照順?lè)串悩?gòu)化串聯(lián)螺縮酮成環(huán)等反應(yīng)為關(guān)鍵步,17步實(shí)現(xiàn)了從廉價(jià)易得的羊毛甾醇到Spirochensilide A的高效仿生轉(zhuǎn)化,為該類(lèi)天然產(chǎn)物可能的生物合成途徑解析及高效合成提供了線(xiàn)索。相關(guān)成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上,論文第一作者為龍先文博士和李俊博士研究生,鄧軍研究員為通訊作者,該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金及南開(kāi)大學(xué)基金的資助。


文獻(xiàn)詳情:

Xianwen Long,? Jun Li,? Feng Gao, Hai Wu, Jun Deng*. Bioinspired Synthesis of Spirochensilide A from Lanosterol. J. Am. Chem. Soc. 2022https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c07198


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