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Phil S. Baran課題組最新JACS:(-)-Cyclopamine的匯聚式全合成

來源:化學(xué)加原創(chuàng)      2023-10-11
導(dǎo)讀:近日,美國斯克里普斯研究所Phil S. Baran課題組報(bào)道了一種Veratrum生物堿Cyclopamine的簡明和對映選擇性全合成。其中,這種具有16步最長線性序列(LLS)的高度匯聚式合成是通過trans-6,5-雜環(huán)化合物從頭合成實(shí)現(xiàn)的,涉及張力誘導(dǎo)鹵環(huán)化反應(yīng)、關(guān)鍵的Tsuji-Trost環(huán)化以構(gòu)建具有非對映控制的全取代的螺環(huán)THF骨架以及后期關(guān)環(huán)復(fù)分解反應(yīng)(RCM)反應(yīng)以構(gòu)建中心四取代烯烴的過程。文章鏈接DOI:10.1021/jacs.3c09085

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

正文

Cyclopamine(1),首次從加州藜蘆(Veratrum californicum)(California corn lily)中分離出來,是Veratrum生物堿家族的一個(gè)著名成員(Figure 1A)。Beachy等人的研究表明,Cyclopamine是高度保守的刺猬信號通路(hedgehog signaling pathway)的有效抑制劑,這對胚胎的正確分化和對稱發(fā)育至關(guān)重要。盡管Cyclopamine的分解途徑已知,可在酸性條件下產(chǎn)生Veratramine(3)或潛在的其它副產(chǎn)物,但Cyclopamine是一種很有前途的抗癌劑先導(dǎo)化合物,迄今為止已報(bào)道了許多藥物類似物,最顯著的是半合成制備的Saridegib(4)。

Veratrum生物堿的復(fù)雜結(jié)構(gòu)多年來一直引起合成化學(xué)家的興趣。關(guān)于Cyclopamine,罕見的C-nor-D-homo甾體骨架因完全取代的螺環(huán)THF單元、獨(dú)特的trans-6,5-EF環(huán)系以及中心四取代烯烴而進(jìn)一步復(fù)雜化,所有這些都對其合成提出了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。1967年,Masamune課題組(J. Am. Chem. Soc. 196789, 4521.)以高級中間體6為底物,經(jīng)18步反應(yīng)制備了Jervine(2),但對于高級中間體6需通過Hagemann’s酯或Hecogenin的降解中獲得,涉及25步反應(yīng)。2009年,Giannis課題組(Angew. Chem. Int. Ed. 200948, 7911.)通過脫氫表雄酮(5)經(jīng)20步反應(yīng),實(shí)現(xiàn)了Cyclopamine的半合成,其特征是仿生1,2-骨架重排以構(gòu)建C-nor-D-homo甾體骨架。近日,美國斯克里普斯研究所Phil S. Baran課題組報(bào)道了一種Veratrum生物堿Cyclopamine(1)的簡明和對映選擇性全合成,最長線性步驟為16步。

通過逆合成分析發(fā)現(xiàn)(Figure 1B),Cyclopamine(1)可通過砌塊22經(jīng)Tsuji-Trost環(huán)化與關(guān)環(huán)復(fù)分解反應(yīng)(RCM)反應(yīng)制備。砌塊22可由砌塊7與砌塊8經(jīng)非對映選擇性1,2-加成制備。砌塊7可由(S)-Wieland-Miescher酮(9)經(jīng)[3+2]、烷基化與還原反應(yīng)制備。砌塊8可由2-硅氧基呋喃經(jīng)10經(jīng)AAA、Aza-1,4與鹵環(huán)化反應(yīng)制備。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

砌塊7的合成(Scheme 1A)。以(S)-Wieland-Miescher酮為底物,經(jīng)烯酮異構(gòu)化/縮醛保護(hù)還原反應(yīng),可以三步46%的總收率得到十氫萘中間體11。中間體11與膦酸酯試劑12在LDA/HCl條件下經(jīng)烷基化/水解后,生成中間體13。中間體13可在Cs2CO3條件下經(jīng)分子內(nèi)Horner-Wadsworth-Emmons反應(yīng),可以兩步42%的總收率得到中間體14,通過重結(jié)晶后可將非對映選擇性提高至20:1以上。中間體14與溴乙酸叔丁酯在LHMDS/DMI條件下經(jīng)烷基化反應(yīng),可以93%的收率得到中間體15,為單一非對映異構(gòu)體。通過對反應(yīng)條件的優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),中間體15在Cu(OAc)2/dppbz/PMHS條件下進(jìn)行1,4-還原反應(yīng),可以86%的收率得到中間體16,是單一非對映異構(gòu)體。中間體16在MePPh3Br/KOtBu條件下進(jìn)行Wittig烯化反應(yīng)、在DIBAL-H條件下進(jìn)行還原反應(yīng)以及在I2/PPh3條件下進(jìn)行Appel反應(yīng),可以三步45%的總收率得到碘化物中間體7

砌塊8的合成(Scheme 1B)。以硅氧基呋喃10與甲基烯丙基乙酸酯為底物,在Pd2(dba)3/L1/K2CO3/NH4OAc條件下經(jīng)不對稱烯丙基烷基化反應(yīng)(AAA),可以75%的收率以及95% ee得到中間體17。通過對反應(yīng)條件的優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),中間體17與BsNHOBn在DBU條件下經(jīng)aza-Michael反應(yīng)以及在Zn0/NH4Cl條件下經(jīng)N-O鍵斷裂,可以71%的收率以及71% ee得到中間體18。中間體18通過進(jìn)一步的重結(jié)晶,可將對映選擇性提高至97%以上,收率為50%。通過對反應(yīng)條件的優(yōu)化,中間體18在KOtBu/I2條件下經(jīng)6-endo-trig環(huán)化反應(yīng),可以51%的收率得到中間體19,dr為10:1。中間體19在AIBN/Bu3SnH經(jīng)脫鹵反應(yīng),可以71%的收率得到中間體20,是單一的非對映體。中間體20在LHMDS/MeI/HMPA條件下經(jīng)甲基化反應(yīng),可以95%的收率得到中間體21,是單一的非對映體。中間體21與異丙烯基鋰進(jìn)行加成,并使用TESCl進(jìn)行二級羥基的保護(hù),可以65%的收率得到中間體8。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

Cyclopamine(1)的全合成(Scheme 2)。砌塊7與砌塊8tBuLi/ LaCl3·2LiCl條件下經(jīng)1,2-區(qū)域選擇性加成反應(yīng),可以71%的收率得到中間體22,是單一的非對映體。通過對反應(yīng)條件的優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),中間體22在KHMDS/Boc2O以及HF·pyr條件下分別進(jìn)行羥基的保護(hù)基調(diào)整,可以兩步58%的總收率得到中間體23。中間體23在Pd(OAc)2/PPh3條件下經(jīng)Tsuji-Trost環(huán)化反應(yīng),可以73%的收率得到中間體24,是單一的非對映體。通過對反應(yīng)條件的優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),中間體24Ru-3/F8-MePh條件下經(jīng)RCM反應(yīng),可以85%的收率得到中間體25。中間體25在LiDBB(Lithium 4,4′-Di-tert-butylbiphenylide,F(xiàn)reeman試劑)條件下經(jīng)脫保護(hù)反應(yīng),可以78%的收率得到Cyclopamine(1)。值得注意的是,化合物1在使用CD2Cl2進(jìn)行NMR檢測時(shí),化合物1的不同濃度對于1H NMR和13CNMR的化學(xué)位移有顯著影響。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

總結(jié)

美國斯克里普斯研究所Phil S. Baran課題組報(bào)道了一種以(S)-Wieland-Miescher酮為底物,經(jīng)16步LLS,實(shí)現(xiàn)了Cyclopamine(1)的對映選擇性全合成(1.4% 總收率以及61% ideality)。與前期的半合成路線不同,本文概述的策略應(yīng)該適合于探索深層結(jié)構(gòu)修飾,以進(jìn)一步對這類有前景的天然產(chǎn)物進(jìn)行SAR研究。同時(shí),該策略可直接將砌塊18轉(zhuǎn)化為砌塊20,并且利用更簡潔的砌塊進(jìn)行偶聯(lián),可以最大限度地減少保護(hù)基操作。其次,該策略的主要特征在于:通過環(huán)化/CuH還原構(gòu)建ABC-環(huán)骨架以及通過AAA/aza-Michael/鹵環(huán)化構(gòu)建EF-環(huán)骨架。此外,在高產(chǎn)RCM環(huán)化之前的砌塊偶聯(lián)/張力THF環(huán)形成中表現(xiàn)出的精細(xì)立體控制,代表了獲得1的大膽而有效的手段。

文獻(xiàn)詳情:

Manolis Sofiadis, Dongmin Xu, Anthony J. Rodriguez, Benedikt Nissl, Sebastian Clementson, Nadia Nasser Petersen, Phil S. Baran*. Convergent Total Synthesis of (?)-Cyclopamine. J. Am. Chem. Soc. 2023, https://doi.org/10.1021/jacs.3c09085

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