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JACS:仿生合成,兩步合成Suffranidine B

來源:化學加原創(chuàng)      2023-11-13
導讀:近日,韓國科學技術(shù)院Sunkyu Han課題組提出了一種由2,3-dehydroallosecurinine和衍生自曲酸的乙烯基酮醛化合物,通過簡單的兩步合成法,合成了高度氧化態(tài)異三聚一葉萩生物堿(heterotrimeric securinega alkaloid),即Suffranidine B。成功的關(guān)鍵是在異三聚(heterotrimerization)和去對稱環(huán)化步驟中巧妙地選擇了合適的酸。這項研究強調(diào)了仿生學在合成復雜天然產(chǎn)物方面的價值。文章鏈接DOI:10.1021/jacs.3c09969

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.


正文

Securinega生物堿由100多個成員組成,由于其高度的結(jié)構(gòu)多樣性和強大的生物活性,引起了合成界的興趣。對這一有趣的天然產(chǎn)物家族的結(jié)構(gòu)考察表明,單體單元的氧化和低聚是兩種主要的生物合成多樣化模式。值得注意的是,在對這些次級代謝產(chǎn)物的持續(xù)分離中,化學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了高度復雜的成員,它們經(jīng)歷了氧化和二聚化(低聚)。2021年,葉文才等團隊從Fluegga suffruticosa中分離出三種氧化的低聚securinega生物堿,即Suffranidines A-C(1?3)(Scheme 1A)。同時,這些天然產(chǎn)物在Neuro-2a細胞中具有顯著的神經(jīng)元分化活性。此外,在這些天然產(chǎn)物中,Suffranidine B(2)由于其復雜的十環(huán)結(jié)構(gòu)而引起了人們的注意。特別是,六環(huán)核心和烯胺部分之間的連接提出了一個令人著迷的生物合成問題,即2,3-dehydroallosecurinine(6)的中間體,它是合成其它氧化securinega生物堿的關(guān)鍵前體。為了深入了解生物合成前體和可能的生物發(fā)生途徑,并以立體控制的方式快速獲得分子復雜性,作者對Suffranidine B(2)進行了仿生合成。下載化學加APP到你手機,更加方便,更多收獲。

首先,作者進行了相關(guān)的逆合成分析(Scheme 1B)。Suffranidine B(2)中的六環(huán)母核可通過雙亞胺基離子中間體4的Mannich環(huán)化生成。雙亞胺基離子中間體4可通過雙烯胺5的雙質(zhì)子化生成。雙烯胺5可通過2,3-dehydroallosecurinine(6)的串聯(lián)親核加成生成。然而,上述得策略還存在如下的挑戰(zhàn):(1)2,3-dehydroallosecurinine(6)中的烯胺單元具有弱親核性;(2)高度親電的雙離子合成子7的設(shè)計具有難度;(3)不對稱Mannich環(huán)化過程中立體控制具有難度。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

作為針對高階和高氧化態(tài)securinega生物堿的合成計劃的一部分,作者通過對2,3-dehydroallosecurinine(6)進行1,6-共軛加成,研究了Fueggeacosine A (9)的仿生合成(Scheme 2A)。其中,2,3-dehydroallosecurinine(6)可由allosecurinine (8)通過區(qū)域選擇性Polonovski反應(yīng)制備。通過對反應(yīng)條件的優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),化合物68在微波照射或離子液體中反應(yīng),分別僅獲得14%和15%的Fueggeacosine A (9)。這一結(jié)果證明了2,3-dehydroallosecurinine(6)具有低親核性。同時,作者還對2,3-dehydroallosecurinine(6)弱親核性的原理進行了分析(Scheme 2B)。研究結(jié)果表明,弱N(孤對)→ π*重疊以及固有的低親電密度,從而使其具有弱親核性。因此,作者認為一個高度親電的單元,如α-酮醛,將作為一個合理的親電對應(yīng)物(Scheme 2C)。令人高興的是,丙酮酸(13)與2,3-dehydroallosecurinine(6)在室溫下反應(yīng)5分鐘,即可獲得1,2-加合物14,收率為81%。另一方面,當2,3-dehydroallosecurinine(6)與丙醛(15)反應(yīng)時,即使在延長反應(yīng)時間后也沒有觀察到產(chǎn)物的形成。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

基于上述α-酮醛可作為合適親電試劑用于C-C鍵構(gòu)建的研究,作者開始對乙烯基酮醛20進行了合成(Scheme 3A)。以曲酸衍生的烯醇三氟甲磺酸酯17經(jīng)鈀催化還原去三氟甲基化反應(yīng)(detriflation),可以77%的收率得到18?;衔?strong style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">18通過B(C6F5)3催化的氫硅化反應(yīng),可以72%的收率得到烯酮19?;衔?strong style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">19通過TBS脫保護與氧化反應(yīng),可以兩步76%的收率得到關(guān)鍵的α-酮醛中間體20。令人興奮的是,在酸性氧化鋁存在下,2,3-dehydroallosecurinine(6)和α-酮醛中間體20可順利進行異三聚反應(yīng),可以62%的收率得到雙烯胺中間體5。中間體5在酸性條件下經(jīng)去對稱Mannich環(huán)化反應(yīng),可以44%的收率得到Suffranidine B(2)。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

隨后,在對異三聚反應(yīng)的條件優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),在酸性氧化鋁催化下,可獲得62%的收率得到雙烯胺中間體5(Scheme 4A)。同時,該過程也形成了副產(chǎn)物21。并且,中間體5在Yb(OTf)3/DCE條件下反應(yīng),可生成30%收率的副產(chǎn)物21以及2,3-dehydroallosecurinine(6)(Scheme 4B)?;谏鲜龅慕Y(jié)果,作者提出了一種形成化合物521的合適的機理(Scheme 4C)。首先,2,3-dehydroallosecurinine(6)與醛20通過快速的1,2-加成反應(yīng),生成1,2-加合物22。隨后,通過酸活化1,2-加合物22中的羥基,生成亞胺基離子中間體23。中間體23與2,3-dehydroallosecurinine(6)經(jīng)1,4-共軛加成反應(yīng),生成異三聚亞胺離子中間體24。最后,中間體24經(jīng)去質(zhì)子化后,獲得所需的雙烯胺化合物5。另一方面,副產(chǎn)物21將通過(Z)-23經(jīng)Nazarov-型4π電環(huán)化或Mannich環(huán)化形成。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

此外,作者還對去對稱環(huán)化反應(yīng)的條件進行了篩選,優(yōu)化結(jié)果表明,在H2SO4催化下,可以44%的收率得到Suffranidine B(2)。同時,在反應(yīng)過程中也形成了2%收率的epi-Suffranidine B(25)(Scheme 5A)。隨后,作者對epi-Suffranidine B(25)至 Suffranidine B(2)的差向異構(gòu)化反應(yīng)機理進行了研究(Scheme 5B)。epi-Suffranidine B(25)在1 M D2SO4與D2O中,可獲得在C3、C1′′與 C5′′-位氘化的Suffranidine B(2)。當C5′′碳上的質(zhì)子被氘完全取代時,C3和C1′′位點分別表現(xiàn)出77%和76%的氘化。C1′′處的氘摻入可以通過涉及二烯醇中間體28的酸介導的互變異構(gòu)化途徑(Path A in Scheme 5C)來合理解釋。另一方面,C3位的氘摻入可以通過涉及雙亞胺離子中間體4的retro-Mannich/Mannich反應(yīng)的途徑來解釋(Path B in Scheme 5C)。值得注意的是,當Suffranidine B受到相同的氘化條件時,在C3(29%)、C1′′(51%)和C5′′(100%)處觀察到氘的摻入。這些觀察結(jié)果表明,上述兩種途徑同時有助于C1′′碳的差向異構(gòu)化。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

總結(jié)

韓國科學技術(shù)院Sunkyu Han課題組報道了一種由生物合成相關(guān)的前體曲酸衍生的乙烯基酮醛(20)與2,3-dehydroallosecurinine(6)分兩步合成了Suffranidine B(2),均涉及酸性條件。為了最大限度地減少有害的單質(zhì)子亞胺離子中間體的數(shù)量,根據(jù)每個步驟的機理分析,對酸進行了細致的選擇。經(jīng)鑒定,溫和和非均相酸性氧化鋁是異三聚步驟的最佳選擇,并且在升高的溫度下高的水合氫離子濃度對于立體控制的去對稱環(huán)化步驟是必不可少的。

文獻詳情:

Gyumin Kang, Sunkyu Han*. Synthesis of Suffranidine B. J. Am. Chem. Soc. 2023, https://doi.org/10.1021/jacs.3c09969

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