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Nat. Commun.:靈芝類萜(-)-lucidumone的對映選擇性全合成

來源:化學加原創(chuàng)      2024-04-30
導讀:近日,中國醫(yī)學科學院藥物研究所的李廣研究員課題組在Nat. Commun.上報道了靈芝類萜(-)-lucidumone的對映選擇性全合成。該合成中關鍵步驟包括:a)銅催化的對映選擇性分子內Diels-Alder環(huán)加成反應構建高度功能化的雙環(huán)[2.2.2]辛烷部分;b) Br?nsted酸促進串聯(lián)O-脫保護/Prins環(huán)化/環(huán)醚化反應序列,然后氧化以同時安裝四氫呋喃和稠合茚滿酮骨架;c) Fleming-Tamao氧化生成仲羥基;d)受阻乙烯基到甲基酮的鐵催化Wacker型氧化。文章鏈接DOI:10.1038/s41467-024-46896-3.

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圖1. 代表性靈芝類萜類化合物

圖片來源:Nat. Commun.

正文

靈芝真菌(Ganodermataceae)是一種著名的蘑菇,一直廣泛應用于中藥中,用于預防和治療癌癥、高血壓、慢性支氣管炎和哮喘。靈芝物種中的類萜成分由于其多樣且復雜的結構和強大的生物活性而引起了藥理學和合成界的廣泛關注。如cochlearol A (2),cochlearol B (3),ganocin A (4),ganocin B (5)和靈芝酚lingzhiol (6)已被合成并被系統(tǒng)研究(圖1)。最近,深圳大學程永現(xiàn)團隊從中國云南省永勝縣種植的靈芝子實體中分離出了一種全新的籠狀類萜,即lucidumone (1)。其結構最初是根據(jù)2D-NMR和HRESIMS分析推導出來的,具有6/5/6/6/5多環(huán)系統(tǒng)、一個暴露的仲醇、一個稠合茚滿酮結構單元和雙環(huán)[2.2.2]辛烷亞基上的六個連續(xù)立體中心。通過手性HPLC 進行分離,并通過X-射線晶體學分析確定了(-)-lucidumone的絕對構型。初步生物學評價表明1的兩種對映體均對COX-1和COX-2表現(xiàn)出有效的抑制作用。分子對接研究表明,(?)-lucidumone (?)-(1)通過與Tyr385和Ser530殘基結合選擇性抑制COX-2,使其成為尋找抗炎藥物的潛在先導藥物。1的結構復雜性和潛在的生物活性使其備受合成化學家青睞。2022年,蘭州大學厙學功團隊報道了外消旋形式的 (1)的五環(huán)骨架的構建,關鍵步驟為優(yōu)雅的氧化脫芳構化/分子內Diels-Alder環(huán)加成和酸促進的動態(tài)動力學拆分環(huán)化。Torre 團隊完成了(+)-1的首次全合成,涉及對映選擇性逆電子需求Diels-Alder反應(IEDDA)和一鍋法逆向-[4?+?2]/[4?+?2]環(huán)加成序列。最近,Kawamoto和Ito的課題組通過一鍋法Claisen重排/分子內醛醇縮合反應構建四環(huán)骨架,揭示了一種外消旋 (1)全合成方法。(?)-lucidumone (?)-(1)的對映選擇性全合成也是通過Claisen重排步驟中的手性轉移策略完成的。在本文中,李廣團隊報道了(?)-lucidumone (?)-(1)的對映選擇性全合成。策略包括用于組裝雙環(huán)[2.2.2]辛烷框架的銅催化對映選擇性分子內Diels-Alder環(huán)加成反應,用于同時生成四氫呋喃和稠合茚滿酮骨架的串聯(lián)脫保護/Prins反應/環(huán)醚化/氧化序列。  化學加——科學家創(chuàng)業(yè)合伙人,歡迎下載化學加APP關注。

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圖2. (?)-lucidumone的逆合成分析

圖片來源:Nat. Commun.

(?)-lucidumone (?)?1的逆合成分析如下:作者想通過Fleming-Tamao 氧化反應、Wacker氧化和O-去甲基化從六環(huán)中間體7中獲得(?)-1。稠合的茚滿酮框架可以通過關鍵的8的O-脫保護/Prins反應/環(huán)醚化序列來構建,而8又可以通過硼酸9和乙烯基三氟甲磺酸酯10之間的Suzuki偶聯(lián)得到。10可以追溯到 11,而1112的不對稱分子內Diels-Alder反應的產物,12可以從已知的二烯14和容易獲得的丙烯酸酰亞胺13獲得。

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圖3. 中間體11的合成

圖片來源:Nat. Commun.

1的合成路線如下,首先從12的制備開始(圖3)。按照 Sieburth開發(fā)的方案,將容易獲得的丙烯酸酰亞胺13暴露于三氟甲磺酸,然后添加已知的伯醇14,以91%的產率得到硅烷基醚12。在Et2AlCl(0.1當量)存在下,12在0 °C下的 Diels-Alder 環(huán)加成反應順利進行,以90%的收率得到所需的環(huán)加合物,為單一endo非對映異構體。接著,作者探索了這一反應的不對稱版本,通過改變反應溫度、配體和銅源來篩選反應條件,最終確定了50?°C 下,Cu(OTf)2 (10?mol%)和配體(S,S)-L1 (11?mol%)的優(yōu)化反應條件,在該條件下,以96%的收率和92% ee分離出環(huán)加合物11。在Cu(OTf)2 (0.3 mmol)、(S,S)-L1 (0.33 mmol)存在下,在3.0 mmol下進行反應,11的收率和對映選擇性沒有明顯下降(95%收率,92% ee)。重結晶后ee值可進一步提高至99%。11的絕對構型通過其衍生物的X-射線衍射分析來確證。

在完成克級規(guī)模手性雙環(huán)[2.2.2]辛烷中間體11的合成后,作者開始合成高功能化的六環(huán)中間體22(圖4)。11的水解得到羧酸15,產率94%。另一方面,用LiBH4還原11得到醇16,產率85%。用BH3·THF(-30 °C 至室溫)處理 15,然后添加NaBO3·4H2O,通過同時還原羧酸得到混合二醇產物。無需純化,該二醇通過一系列選擇性O-保護和氧化轉化為酮17及其區(qū)域異構體18,總產率為89% (rr?=?3.4:1)。通過單晶確定了三環(huán)酮17的絕對構型。根據(jù)合成計劃,17將提供左旋目標分子(?)-lucidumone (?)-1。值得注意的是,對醇16應用相同的條件,以1:1 的比例分離出兩種區(qū)域異構酮的混合物。這些結果表明羧酸是硼氫化步驟中更好的導向基團。

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圖4. 中間體22的合成

圖片來源:Nat. Commun.

接下來,作者將構建天然產物的A-B-E環(huán)。在-78 ℃下用KHMDS對酮17進行去質子化,然后添加PhNTf2,得到所需的三氟甲磺酸乙烯酯10,分離收率為94%。Pd催化的10和已知的硼酸9之間的Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)反應順利進行,以69%的產率得到官能團化的四環(huán)中間體8。接下來將尋求將8一步轉化為22,這是合成中的一個戰(zhàn)略步驟。在真實底物之前首先嘗試了模型反應。前體20是通過10和市售的2-甲酰基苯基硼酸頻哪醇酯19之間的Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)生成的,在各種酸性條件下篩選關鍵轉化。最終,在 HCl(10 當量)存在下,在DCM中,在10 °C下,以89%的產率和20:1非對映選擇性獲得了所需的21。然而,四環(huán)的8不穩(wěn)定,采用前述相同條件處理時會分解。所需產物作為一對非對映異構體22可以在一系列酸性條件下分離,同時形成Prins環(huán)化產物23。為了最大限度地減少副產物的產生,使用不同的酸[TFA、HCl、p-TsOH·H2O , (?)-CSA]和Lewis酸[BF3·Et2O、AlCl3、Sc(OTf)3、TBSOTf、TMSOTf等]在不同溫度下不同溶劑中進行篩選(圖5),HCl 仍然是最合適的啟動子。最佳反應條件包括在過量HCl(2M乙酸乙酯溶液,10 當量)存在下,在 -78 °C下攪拌8的DCM溶液24小時,以一對非對映異構體的形式生成22,產率為86%,也可以直接被Dess-Martin periodinane氧化,以一鍋法序列得到所需的產物7,總產率為80%(圖6)。通過X-射線晶體學分析證實了7的結構和絕對構型。其中,必須仔細控制反應溫度和時間,以避免副產物的形成。

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圖5. 串聯(lián) O-脫保護/Prins 環(huán)化/環(huán)醚化條件的優(yōu)化

圖片來源:Nat. Commun.

如圖 6 所示,最后就是將六環(huán)7合成為(?)-17的 Fleming-Tamao氧化(KF、H2O2、甲醇/THF,v/v?=?1:1)得到二醇 26,產率91%。值得注意的是,在連續(xù)的Dess-Martin氧化和Fleming-Tamao氧化下,通過自發(fā)脫保護/oxa-Michael加成,副產物23也可以轉化為二醇26。根據(jù)Grieco的方案,26的脫水過程順利進行,得到所需產物 27,分離產率為50%。正如Kawamoto和Ito提到的,乙烯基27到甲基酮28的后期Wacker氧化是具有挑戰(zhàn)性的。在經典條件下,可能由于空間位阻效應,由反馬氏加成產生的醛為主要產物。然后,作者借鑒了鐵催化Wacker型烯烴氧化為酮的方法。值得慶幸的是,將其標準條件應用于27 [Fe(dbm)3, PhSiH3, EtOH, RT],能以65%的產率獲得甲基酮28。最后,Lewis酸催化28的雙O-去甲基化,以70%的分離產率得到 (?)-lucidumone (?)-1。合成的(?)-lucidumone (?)-1的表征數(shù)據(jù)與天然產物報道的數(shù)據(jù)一致。

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圖6. (?)-lucidumone的對映選擇性全合成
圖片來源:Nat. Commun.

總結

李廣課題組完成了(?)-lucidumone (?)-1的對映選擇性全合成。該合成路線包括以下幾個關鍵的轉化:雙(噁唑啉)銅(II)配合物催化的對映選擇性分子內Diels-Alder反應,以構建多功能雙環(huán)[2.2.2]辛烷部分,一種Br?nsted酸促進串聯(lián)O-脫保護/Prins反應/環(huán)醚化,然后氧化以同時安裝四氫呋喃和稠合茚滿酮部分,F(xiàn)leming-Tamao氧化提供仲羥基,以及鐵催化的受阻乙烯基的后期Wacker型氧化為甲基酮。該合成策略簡潔高效,將為靈芝類相關天然產物的合成及其生物活性研究提供重要基礎。


導師詳情

李廣,研究員,博士生導師,國家海外高層次青年人才引進計劃入選者。2008年畢業(yè)于西南大學獲得理學學士學位,2013年畢業(yè)于中國科學院化學研究所,獲得理學博士學位,師從史一安教授。2013年9月至2016年10月于清華大學藥學院從事博士后研究,師從祖連鎖教授。2017年1月至2021年6月于瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院 (EPFL) 進行博士后研究,師從祝介平教授 (Prof. Jieping Zhu) 。2021年7月加入中國醫(yī)學科學院藥物研究所,目前主要從事活性天然產物全合成及后續(xù)的藥物化學和化學生物學研究。

文獻詳情:

Enantioselective total synthesis of (?) lucidumone enabled by tandem prins cyclization/cycloetherification sequence. 

Xian-ZhangLiao?, Ran Wang?, Xin Wang & Guang Li*.

Nat. Commun., 2024

DOI:10.1038/s41467-024-46896-3


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