圖1. 代表性靈芝類萜類化合物
正文
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11是12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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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。
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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如圖 6 所示,最后就是將六環(huán)7合成為(?)-1。7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。
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。
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