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醌/氫醌-倍半萜是一類重要的海洋天然產(chǎn)物。該類天然產(chǎn)物的基本骨架由一個萜類片段和一個對苯酚（或?qū)Ρ锦┢螛?gòu)成。由于上述片段的存在形式和連接方式變化多端，該類天然產(chǎn)物表現(xiàn)出極其豐富的結(jié)構(gòu)多樣性。同時，該類天然產(chǎn)物具有豐富的生物活性（如抗癌、消炎、抗菌、抗氧化和抗抑郁等），從而可作為先導(dǎo)化合物或工具分子被廣泛應(yīng)用于藥物研發(fā)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

圖1. 代表性醌/氫醌-倍半萜類天然產(chǎn)物（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

DysiherbolsA-E是近年來發(fā)現(xiàn)的一組新型醌/氫醌-倍半萜類天然產(chǎn)物，其核心結(jié)構(gòu)最初被鑒定為6/6/5/6四環(huán)體系，其中包含三個連續(xù)全碳季碳手性中心（圖1），具有相當(dāng)?shù)暮铣商魬?zhàn)性。2021年，南開大學(xué)魯照永教授課題組與德國Schmalz教授課題組分別獨立完成了Dysiherbol A的全合成，并將其結(jié)構(gòu)修訂為更加復(fù)雜的6/6/5/6/6五環(huán)化合物（4）。然而，該家族其它同類天然產(chǎn)物如Dysiherbols B-E的真實結(jié)構(gòu)仍然有待于進(jìn)一步通過全合成確認(rèn)。此外，Dysiherbols對多種腫瘤細(xì)胞以及核轉(zhuǎn)錄因子κB(NF-κB)表現(xiàn)出顯著的抑制活性，因而吸引了合成化學(xué)家廣泛的研究興趣。

唐葉峰課題組長期從事活性天然產(chǎn)物全合成研究，其研究理念是通過發(fā)展新穎獨特的合成策略，實現(xiàn)目標(biāo)分子的高效、多樣性合成，為深入研究其生物功能和藥用價值提供物質(zhì)基礎(chǔ)。在本項研究中，唐葉峰課題組針對目標(biāo)分子Dysiherbols的結(jié)構(gòu)特點，在借鑒生源合成路徑的基礎(chǔ)上，提出了一種富有創(chuàng)造性的合成策略，從已知化合物出發(fā)，利用苯醌和烯烴的分子內(nèi)[2+2]反應(yīng)、[1,2]-負(fù)離子遷移反應(yīng)以及環(huán)丙烷碎裂化反應(yīng)為關(guān)鍵步驟，僅通過10-13步反應(yīng)即得到了三個具有6/6/5/6/6五環(huán)骨架的天然產(chǎn)物Dysiherbols A, C和D，并對其分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修正（圖2）。

圖2. Dysiherbols A, C, D的全合成（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

除完成上述分子的全合成以外，該項研究的另一亮點在于發(fā)現(xiàn)了一種獨特的 [1,2]-負(fù)離子遷移反應(yīng)。與常見的正離子[1,2]-遷移反應(yīng)相比，負(fù)離子[1,2]-遷移反應(yīng)極為少見，且通常具有較高的反應(yīng)能壘（40-50 kcal/mol）。在本研究中，作者以計算化學(xué)為手段，對上述負(fù)離子[1,2]-遷移反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了細(xì)致的研究。在綜合考慮了多種可能的反應(yīng)路徑（如協(xié)同的dyotropic重排反應(yīng)、逆Michael加成-Michael加成以及自由基歷程）之后，作者認(rèn)為以協(xié)同方式進(jìn)行的負(fù)離子[1,2]-遷移反應(yīng)歷程與計算和實驗結(jié)果最為吻合（圖3）。

圖3. [1,2]-遷移過程的初步計算研究（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

圖4. [1,2]-遷移過程的軌道對稱性計算研究（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）

此外，作者對上述負(fù)離子[1,2]-遷移反應(yīng)的過渡態(tài)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)并不滿足前線軌道對稱性守恒（Woodward-Hoffmann規(guī)則），因而是一個軌道對稱性禁阻的轉(zhuǎn)化（圖4）。然而，由于反應(yīng)過程中存在釋放環(huán)張力的有利因素，同時伴隨著過渡態(tài)局部芳香性的產(chǎn)生，兩者均可以顯著降低反應(yīng)能壘，使得該反應(yīng)可在較為溫和的條件下順利進(jìn)行。盡管“軌道對稱性禁阻”的化學(xué)轉(zhuǎn)化已有前人報道，但其在天然產(chǎn)物合成中的應(yīng)用則尚屬首次。因此，本項研究不僅進(jìn)一步豐富了“軌道對稱性禁阻反應(yīng)”的類型，同時也展示了此類反應(yīng)潛在天然產(chǎn)物合成方面的應(yīng)用價值。