如圖1所示,Hispidanin A是分離自香茶菜屬植物Isodon hispida中的一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的二萜二聚物。根據(jù)生源合成途徑的推測(cè),Hispidanin A是由桃拓烷型親二烯體(totarane-type)和半日花烷型二烯體(labdane-type)通過生物體內(nèi)酶催化的分子間Diels-Alder反應(yīng)得到。與之結(jié)構(gòu)類似的Hispidanin B-D也有可能是通過相應(yīng)的分子間DA反應(yīng)得到的,初步生物活性研究表明Hispidanin類分子還具有潛在的抗腫瘤活性,這使得該類分子成為理想的目標(biāo)合成分子。
圖 1 Hispidanin類分子及生源合成假說
如圖2所示,基于生源合成假說,作者提出了如下的逆合成分析,目標(biāo)分子可以由前體1和2發(fā)生DA反應(yīng)得到,1由化合物11得到,11由化合物13環(huán)化、烷基化接著芳構(gòu)化、內(nèi)酯化得到,13可以逆推至已知手性原料香紫蘇醇sclareol,另一方面,化合物2可由化合物15發(fā)生官能團(tuán)化以及Wittig反應(yīng)得到,15由化合物16發(fā)生碳?xì)滏I官能團(tuán)化得到,16逆推至已知手性原料香紫蘇內(nèi)酯sclareolide。
圖 2 Hispidanin A的逆合成分析
對(duì)于親雙烯體1的合成如圖3所示,從手性原料14出發(fā),經(jīng)消除、臭氧化以及碳碳鍵裂解等反應(yīng)得到13,分子內(nèi)縮合環(huán)化并引入酯基側(cè)鏈得到12,羰基α-位硒化并氧化消除,接著芳構(gòu)化內(nèi)酯化得到化合物11,芐位溴代接著光照反應(yīng)得到芐位酮羰基18,氫化還原酮羰基并乙酰基保護(hù)得到19,羰基α-位硒化并氧化消除在酯羰基羰基α-位引入亞甲基得到親雙烯體1。
圖 3 親雙烯體1的合成
另一方面,從手性原料17出發(fā),酸性條件下差向異構(gòu)化,接著氫化鋁鋰還原內(nèi)酯并保護(hù)一級(jí)羥基得到16,經(jīng)自由基反應(yīng)發(fā)生碳?xì)滏I官能團(tuán)化關(guān)上四氫呋喃環(huán)得到21,脫去TBS硅保護(hù)基并乙?;Wo(hù)一級(jí)羥基得到22,醚α-位氧化得到內(nèi)酯23,脫去乙?;Wo(hù)并DMP氧化到醛15,Wittig反應(yīng)得到雙烯烴2。
圖 4 雙烯體2的合成
最后,作者嘗試了1和2的分子間DA反應(yīng),發(fā)現(xiàn)在加熱條件下能以較好的收率和優(yōu)秀的選擇性得到目標(biāo)分子Hispidanin A,并且通過計(jì)算化學(xué)對(duì)DA選擇性進(jìn)行了解釋。至此,楊震教授課題組從手性原料出發(fā),以匯聚式的策略總共12步,6.5%的總收率完成了Hispidanin A的首例不對(duì)稱全合成。
圖 5 DA反應(yīng)條件篩選及Hispidanin A的首例不對(duì)稱全合成
而在這篇JACS中,則是五味子降三萜類天然產(chǎn)物的合成,之前,楊震教授課題組曾發(fā)展了基于該家族天然產(chǎn)物的普適性合成路線,并有三篇高水平文章(Angew, JACS, Nature Commun.)報(bào)道了相應(yīng)的全合成,這次是對(duì)于有著獨(dú)特的烯醇式結(jié)構(gòu)和螺環(huán)體系的Lancifodilactone G的合成研究。(對(duì)于五味子降三萜類天然產(chǎn)物的全合成,上海有機(jī)所的李昂研究員和南開大學(xué)的湯平平教授也有精彩的報(bào)道,分別發(fā)表在JACS和Angew上)
圖 6 代表性的五味子降三萜類天然產(chǎn)物
對(duì)于Lancifodilactone G醋酸酯的逆合成分析如圖7所示,對(duì)于A環(huán)可以通過Dieckmann 反應(yīng)構(gòu)建,對(duì)于H環(huán)可以通過格氏反應(yīng)、烯烴交叉復(fù)分解反應(yīng)和內(nèi)酯化反應(yīng)構(gòu)建,對(duì)于五元環(huán)G環(huán)由Pauson-Khand反應(yīng)構(gòu)建,對(duì)于八元環(huán)由RCM反應(yīng)構(gòu)建,對(duì)于七元環(huán),可由DA反應(yīng)構(gòu)建六元環(huán)后再擴(kuò)環(huán)得到,這樣逆推至簡單化合物14和15。
圖 7 Lancifodilactone G醋酸酯的逆合成分析
雙烯體14和親雙烯體15在催化劑A條件下發(fā)生分子間不對(duì)稱DA反應(yīng)得到13,格氏反應(yīng)關(guān)上五元環(huán)內(nèi)酯,并在酯羰基α-位氧化出羥基,接著TES保護(hù)得到16,環(huán)丙烷化擴(kuò)環(huán)得到5-7并環(huán)12,鈀催化的偶聯(lián)反應(yīng)并氫化在酮羰基的α-位引入酯基側(cè)鏈,格氏反應(yīng)關(guān)上五元環(huán)內(nèi)酯,并在酯羰基α-位氧化出羥基,接著芐基保護(hù)得到20。
圖 8 中間體20的合成
乙烯基格氏試劑選擇性進(jìn)攻酯羰基得到11,在Hoveyda-Grubbs 二代催化劑條件下發(fā)生RCM反應(yīng)關(guān)上八元環(huán)得到21,酯化反應(yīng)引入炔基側(cè)鏈,接著在硫脲和鈷催化劑條件下發(fā)生PK反應(yīng)得到9,氫化拿掉雙鍵并翻轉(zhuǎn)甲基構(gòu)型得到22。
圖 9 中間體22的合成
從化合物22出發(fā),乙烯基格氏試劑選擇性進(jìn)攻酯羰基得到23,烯烴交叉復(fù)分解反應(yīng)、氫化雙鍵并在堿性條件下關(guān)環(huán)得到螺環(huán)化合物8,TBAF脫去TBS和TES兩個(gè)硅保護(hù)基,又用TBS保護(hù)一級(jí)羥基,乙?;Wo(hù)三級(jí)羥基得到24,氫氧化鈀、氫氣條件下脫去芐基保護(hù)基,LiHMDS堿性條件下發(fā)生Dieckmann反應(yīng)關(guān)上A環(huán),得到化合物25,Martin’s sulfurane條件下脫水得到不飽和內(nèi)酯26。
圖 10 中間體26的合成
從化合物26出發(fā),在酯羰基的α-位裝上亞甲基,DMP氧化八元環(huán)上羥基到酮,氫化條件下氫化掉A環(huán)和H環(huán)上兩個(gè)雙鍵,同時(shí)脫去了TBS保護(hù)基,得到化合物29,但并未觀察到烯醇式。先將八元環(huán)上酮羰基烯醇化并乙?;Wo(hù),再在氫化條件下拿掉兩個(gè)雙鍵和TBS保護(hù)基,得到Lancifodilactone G的醋酸酯,并由單晶確定了其結(jié)構(gòu)和立體化學(xué)。
圖 11 Lancifodilactone G醋酸酯的不對(duì)稱全合成
總結(jié)
楊震教授課題組從簡單底物出發(fā),以不對(duì)稱DA反應(yīng)、擴(kuò)環(huán)反應(yīng)、RCM反應(yīng)、PK反應(yīng)、烯烴交叉復(fù)分解反應(yīng)、Dieckmann反應(yīng)等為關(guān)鍵步驟,完成了Lancifodilactone G醋酸酯的不對(duì)稱全合成,這對(duì)于五味子降三萜類天然產(chǎn)物的多樣性合成具有重要意義。
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