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JACS:Havellockate的不對稱全合成

來源:化學(xué)加原創(chuàng)      2022-11-14
導(dǎo)讀:近日,美國加州理工學(xué)院Brian M. Stoltz課題組報(bào)道了一種呋喃丁烯內(nèi)酯(furanobutenolide)衍生的西松烯二萜內(nèi)酯(cembranoid diterpenoid)Havellockate的首次全合成。其中,關(guān)鍵步驟包括:1)Julia-Kocienski烯化反應(yīng),連接兩個對映體富集的單元。隨后,通過分子內(nèi)的Diels-Alder串聯(lián)反應(yīng),可以最短的步驟構(gòu)建天然產(chǎn)物中的稠合碳環(huán)骨架。2)通過鋅介導(dǎo)的Barbier烯丙基化反應(yīng),可實(shí)現(xiàn)最終的C-C鍵的構(gòu)建,且具有兩個相鄰的手性中心。3)銅催化的需氧氧化可促進(jìn)β-羥基丁烯內(nèi)酯的形成,并完成相應(yīng)的全合成。文章鏈接DOI:10.1021/jacs.2c09583

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

海洋生物提供了看似無窮無盡的復(fù)雜天然產(chǎn)物,近幾十年來一直受到合成化學(xué)家的持續(xù)關(guān)注。其中,化學(xué)家們目前已從Sinularia屬的軟珊瑚的提取物中分離出了數(shù)十種大環(huán)和多環(huán)分子。多環(huán)呋喃丁烯內(nèi)酯衍生的西松烷型(cembranoid)和去西松烷型(norcembranoid)天然產(chǎn)物長期以來一直是具有挑戰(zhàn)性和難以捉摸的合成目標(biāo),迄今為止,僅有四例相關(guān)全合成研究。Havellockate(1)是一種于1998年首次從Sinularia granosa中分離出來的C20-西松烷型天然產(chǎn)物,是多環(huán)呋喃丁烯內(nèi)酯衍生的西松烷型家族中一個復(fù)雜且具合成挑戰(zhàn)的例子(Figure 1A)。同時,1的特征在于高度氧化的順式稠合三環(huán)骨架。1中還含有一個獨(dú)特螺稠合的β-羥基丁烯內(nèi)酯環(huán),這是多環(huán)呋喃丁烯內(nèi)酯衍生的西松烷型家族中其它成員所沒有的獨(dú)特特征。除了這些特征外,1還具有八個手性中心,其中七個連續(xù)圍繞在高度取代和密集官能團(tuán)化的核心骨架中。雖然尚未有相關(guān)1全合成報(bào)道,但Meht和Barriault課題組強(qiáng)調(diào)了該全合成的難度。

首先,作者進(jìn)行了逆合成分析Figure 1B)。1可通過烯酮衍生物2經(jīng)螺環(huán)化/酯交換反應(yīng)生成。2通過三環(huán)化合物3的經(jīng)氧化反應(yīng)生成4通過分子內(nèi)Diels-Alder反應(yīng),可生成3。5通過?;磻?yīng),可生成4。醛化合物6和砜化合物7,通過Julia-Kocienski烯化反應(yīng)/去硅基化反應(yīng),可生成5。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

砌塊6的合成(Scheme 1A)。以烯酮8為初始底物,經(jīng)溴化反應(yīng),可以90%的收率得到溴化中間體99在NaCN、TBAl條件下進(jìn)行共軛加成/消除反應(yīng),可以72%的收率得到β-氰基烯酮10。10在NaBH4、CeCl3·7H2O條件下進(jìn)行還原后,再使用TESCl對羥基進(jìn)行保護(hù),可以兩步91%的收率得到腈化合物11,dr為11:1。11在DIBAL條件下進(jìn)行還原,可以91%的收率得到醛類化合物6

砌塊16的合成(Scheme 1B)。12經(jīng)γ-去質(zhì)子化,再用溴乙酸叔丁酯進(jìn)行α-烷基化后,再使用LiBH4進(jìn)行還原反應(yīng),可以兩步65%的收率得到醇化合物13,dr > 20:1。13與1-苯基四唑硫醇(PTSH,14)進(jìn)行Mitsunobu反應(yīng),可以71%的收率得到硫化物15。15通過進(jìn)一步的氧化后,可以81%的收率得到砜化合物16

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

砌塊2的合成(Scheme 2)。616在KHMDS條件下進(jìn)行Julia-Kocienski烯化反應(yīng),再經(jīng)去硅基化后,可以兩步57%的收率得到二醇化合物5,E:Z > 20:1。5與丙炔酸在DIC、DMAP條件下進(jìn)行?;磻?yīng),再于二甲苯中進(jìn)行[4+2]環(huán)加成反應(yīng),可以兩步51%的收率得到化合物3,dr > 20:1。3在VO(acac)2、TBHP條件下進(jìn)行氧化反應(yīng),可以70%的收率得到環(huán)氧化物17,dr > 20:1。17在Ti-催化下進(jìn)行還原性環(huán)氧開環(huán),可以59%的收率得到二醇化合物18,dr > 20:1。18在使用IBX進(jìn)行氧化后(伴隨著烯基的遷移),可以65%的收率得到烯酮化合物2。然而,2與乙烯基溴化鎂進(jìn)行非對映選擇性1,2-加成反應(yīng)時發(fā)現(xiàn),由于Grignard試劑的堿性,可使乙烯基β-酮酯2去質(zhì)子化,生成烯醇鹽19,從而無法進(jìn)行所需的1,2-加成反應(yīng)。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

Havellockate(1)的不對稱全合成(Scheme 3)。通過進(jìn)一步的優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),2與3-溴-1-乙酰氧基丙烯(22)在鋅催化下進(jìn)行加成反應(yīng)后,再于NH3、MeOH條件下進(jìn)行去乙?;磻?yīng),可以兩步27%的收率得到三醇化合物23,dr > 20:1。同時,23X-射線結(jié)構(gòu)表明,23的C(5)和C(6)-位的立體化學(xué)構(gòu)型與Havellockate(1)中的β-羥基丁烯內(nèi)酯一致。然而,23通過大量的條件篩選,均未能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的酯交換反應(yīng),未能獲得所需的化合物24

通過進(jìn)一步的研究后發(fā)現(xiàn),使用甲酸可將2中的叔丁酯基團(tuán)進(jìn)行斷裂,再與重氮甲烷反應(yīng),可以兩步70%的收率得到甲酯化合物25。25與3-溴-1-乙酰氧基丙烯(22)在鋅催化下進(jìn)行加成反應(yīng)后,再于NH3、MeOH條件下進(jìn)行去乙酰化反應(yīng),可以兩步25%的收率得到三醇化合物24,dr為11:1。24通過anti-Markovnikov的Ir-催化氫硅反應(yīng)以及Tamao-Fleming氧化反應(yīng),可以兩步34%的收率得到四醇化合物2626通過銅催化需氧氧化反應(yīng),涉及兩次氧化/環(huán)化過程,即初始氧化可生成醛2727可能發(fā)生環(huán)化生成內(nèi)酯28,28通過進(jìn)一步的氧化,可以80%的收率得到Havellockate(1)。所有NMR和IR數(shù)據(jù)均與文獻(xiàn)值一致,此外,通過X-射線晶體學(xué)進(jìn)一步確認(rèn)了立體化學(xué)的相關(guān)信息。然而,合成的Havellockate(1)的旋光度在符號或大小上都與文獻(xiàn)報(bào)道的不匹配(αD 25-56.7° vs 文獻(xiàn)αD 25+23.7°)。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

總結(jié)

美國加州理工學(xué)院Brian M. Stoltz課題組報(bào)道了一種呋喃丁烯內(nèi)酯衍生的西松烯二萜內(nèi)酯Havellockate的首次全合成。首先,作者采用了Julia-Kocienski烯烴化反應(yīng),可將兩個對映體富集砌塊進(jìn)行連接。隨后,通過分子內(nèi)的Diels-Alder反應(yīng),構(gòu)建了天然產(chǎn)物的六元環(huán)骨架。最后,采用非對映選擇性烯酮1,2-乙酰氧基烯丙基化反應(yīng)來構(gòu)建最終的碳-碳鍵和剩余的立體生成中心。后期的硅氫化/Tamao-Fleming串聯(lián)反應(yīng)之后,再進(jìn)行銅催化的氧化環(huán)化,從而實(shí)現(xiàn)了havellockate的全合成。


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