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JACS: 去對稱化/重排策略促進(?)-Hunterine A的首次對映選擇性全合成

來源:化學(xué)加原創(chuàng)      2024-02-19
導(dǎo)讀:近日,美國加州理工學(xué)院Brian M. Stoltz課題組首次報道了一種(?)-Hunterine A的對映選擇性全合成。該策略采用對稱二酮的催化不對稱去對稱化和隨后的Beckmann重排構(gòu)建5,6-α-氨基酮。同時,通過匯聚性1,2-加成,可將乙烯基二胺離子親核試劑與對映體富集的酮連接起來。此外,通過aza-Cope/Mannich反應(yīng)和疊氮化物-烯烴(azide-olefin)偶極環(huán)加成構(gòu)建五環(huán)骨架。通過區(qū)域選擇性的氮雜環(huán)丙烷開環(huán)反應(yīng),實現(xiàn)了(?)-Hunterine A的全合成。文章鏈接DOI:10.1021/jacs.3c13590

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

正文

單萜吲哚生物堿(MIAs)是一類結(jié)構(gòu)多樣的天然產(chǎn)物,由于其復(fù)雜性和多樣的生物活性,幾十年來引起了合成化學(xué)家的注意。該家族中的分子通常以與各種重排的萜烯單元結(jié)合的吲哚或吲哚啉為特征(Figure 1)。然而,已分離出少量含有重排吲哚單元的MIAs,其中C2?C7鍵發(fā)生斷裂。目前,已經(jīng)開發(fā)了MIA家族成員的許多優(yōu)雅的全合成方法,包括那些含有C2?C7吲哚斷裂的方法。2019年,化學(xué)家們成功分離出(?)-Hunterine A(1),其屬于一類結(jié)構(gòu)獨特的單萜吲哚生物堿,其中N1?C2吲哚鍵發(fā)生斷裂(Figure 1)。到目前為止,只有一種結(jié)構(gòu)相關(guān)的天然產(chǎn)物被分離出來,并且沒有任何相應(yīng)的合成報道。從合成的角度來看,橋聯(lián)氮雜雙環(huán)[4.3.1]癸烷骨架、N1和C18醇的不和諧氧化模式(dissonant oxidation pattern)以及C19立體化學(xué)都存在挑戰(zhàn)。此外,1對HepG2肝癌細胞系(35 μM)具有中等的細胞毒性活性。因此,仍需開發(fā)一種合成Hunterine A的獨特合成方法。下載化學(xué)加APP到你手機,收獲更多商業(yè)合作機會。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

首先,作者進行了相關(guān)的逆合成分析(Scheme 1A)。(?)-Hunterine A(1)可由砌塊2經(jīng)后期環(huán)化反應(yīng)制備。砌塊2可由砌塊3經(jīng)aza-Cope/Mannich重排反應(yīng)制備。砌塊3可由砌塊4與砌塊5經(jīng)匯聚性與非對映選擇性1,2-加成反應(yīng)制備。砌塊5可由對稱雙環(huán)二酮6經(jīng)去對稱化與重排反應(yīng)制備。值得注意的是,通過aza-Cope/Mannich重排反應(yīng),可實現(xiàn)C7全碳季碳中心的構(gòu)建(Scheme 1B)。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

砌塊10的合成(Scheme 2A)。以環(huán)戊烯酮7為底物,分別在TBSOTf、n-BuLi、丙烯酸乙酯/TMSOTf以及TBAF條件下進行加成反應(yīng),可以64%的總收率得到烯酮中間體8。通過對反應(yīng)條件的多次嘗試后發(fā)現(xiàn),中間體8與乙烯基溴化鎂在CuBr?Me2S/ TMSCl/HMPA條件下進行1,4-加成反應(yīng),可以75%的收率得到中間體9。中間體9在KOt-Bu/THF條件下進行分子內(nèi)Claisen縮合反應(yīng),可以86%的收率得到對稱二酮中間體6。通過對反應(yīng)條件的優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)(Table 1),當(dāng)以RuCl(mesitylene)[(R,R)-TsDPEN](1 mol %)作為催化劑,HCOOH : Et3N(5:2)作為還原劑,1,4-二氧六環(huán)作為溶劑,在28 oC下反應(yīng)14 h,中間體6可順利進行所需的不對稱還原反應(yīng),可以57%的收率與91% ee得到酮醇中間體10以及二醇中間體11(過度的還原導(dǎo)致)。值得注意的是,該策略是對稱[3.3.0]二酮的非酶對映選擇性還原的首次報道。同時,二醇中間體11在TEMPO/PIDA條件下進行氧化反應(yīng),可以68%的收率得到中間體6

砌塊5的合成(Scheme 2B)。二醇中間體11在TBSCl/咪唑/DMAP條件下進行羥基的保護,可以95%的收率得到硅醚中間體12。中間體12在NH2OH?HCl/NaHCO3/ MeOH條件下進行羥胺縮合反應(yīng),可獲得肟異構(gòu)體的混合物1314,比例為1:1.3。同時,上述的兩種異構(gòu)體可通過色譜分離,然后將異構(gòu)體13重新置于肟形成條件下,可再次分離的1:1混合物。通過兩次的循環(huán)后,可以74%的收率得到肟中間體14。中間體14在SOCl2/THF條件下進行Beckmann重排反應(yīng),可以75%的收率得到內(nèi)酰胺中間體15。中間體15在LiAlH4/THF條件下進行還原反應(yīng),并在K2CO3/MeCN條件下與溴乙腈進行選擇性烷基化反應(yīng),可以兩步80%的總收率得到氨基腈中間體16。中間體16在草酰氯/DMSO/Et3N條件下進行Swern氧化反應(yīng),可以84%的收率得到雙環(huán)酮中間體5。

(?)-Hunterine A(1)的全合成(Scheme 2C)。通過對反應(yīng)條件的多次嘗試后,乙烯基碘化物17分別在PhMgBr、i-PrMgCl?LiCl以及LaCl3?2LiCl進行去質(zhì)子化和鎂鹵素交換后,再加入雙環(huán)酮中間體5,并在TMSCl/MeOH條件下進行脫保護,可以兩步59%的總收率得到中間體18。值得注意的是,LaCl3?2LiCl是促進雙負離子1,2-加成的關(guān)鍵。中間體18在HCl/NaNO2/NaN3條件下進行縮合反應(yīng),可以73%的收率得到芳基疊氮化物19。中間體18在AgNO3/EtOH條件下進行aza-Cope/Mannich反應(yīng),可以82%的收率得到三環(huán)疊氮化物2。值得注意的是,該策略首次成功實現(xiàn)了在疊氮化物存在下進行aza-Cope/Mannich反應(yīng)。令人高興的是,簡單地將疊氮化物2溶解在庚烷中,可在室溫下自發(fā)進行疊氮化物-烯烴偶極環(huán)加成反應(yīng),可以80%的收率得到三唑啉中間體20,為在C19-位可分離的非對映異構(gòu)體的2.5:1混合物。中間體20在350 nm光照以及乙酸條件下進行區(qū)域選擇性開環(huán)反應(yīng),并在K2CO3/MeOH條件下進行脫乙酰化反應(yīng),可以兩步54%的總收率得到(?)-Hunterine A(1)。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

同時,作者發(fā)現(xiàn),以砌塊18為底物,還可實現(xiàn)了(?)-Aspidospermidine的全合成(Scheme 3)。中間體18在AgNO3/EtOH條件下進行aza-Cope/Mannich反應(yīng)(生成中間體23),并在NaBH4/MeOH以及Pd/C/H2條件下進行還原反應(yīng),可以三步71%的總收率得到(?)-Aspidospermidine 24。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

此外,作者還對三唑啉中間體20與C19-epi-20的反應(yīng)性差異進行了研究(Scheme 4)。研究結(jié)果表明,當(dāng)使用C19-epi-20為底物時,反應(yīng)可通過中間體25,以55%的收率形成亞胺化合物26。這種反應(yīng)性的差異與各個氮原子的不同金字塔度(degrees of pyramidality)有關(guān)。20的晶體結(jié)構(gòu)中的相關(guān)鍵角的總和表明,氮原子是45%的金字塔狀,而在C19-epi-20中,氮原子僅是9%的金字塔狀。因此,由C19-epi-20形成亞胺26(可能通過中間體亞胺25)可能反映了這種非對映異構(gòu)體保持平面幾何形狀的傾向。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

總結(jié)

美國加州理工學(xué)院Brian M. Stoltz課題組開發(fā)了一種對映選擇性全合成Hunterine A的方法,它是歷史上MIA類天然產(chǎn)物中的一個新成員。該合成的主要特征包括對稱雙環(huán)[3.3.0]二酮的催化與對映選擇性去對稱化,使用LaCl3?2LiCl進行雙負離子的1,2-加成,與自發(fā)疊氮化物-烯烴環(huán)加成的aza-Cope/Mannich反應(yīng)和區(qū)域選擇性的氮雜環(huán)丙烷開環(huán)反應(yīng)。此外,作者還發(fā)現(xiàn)了后期三唑啉非對映體的結(jié)構(gòu)和不同反應(yīng)性之間的潛在聯(lián)系。最后,作者還證明了中間體18為多樣性合成MIA天然產(chǎn)物家族的其他成員提供了重要基礎(chǔ)。

文獻詳情:

Elliot F. Hicks, Kengo Inoue, Brian M. Stoltz*. Enantioselective Total Synthesis of (?)-Hunterine A Enabled by a Desymmetrization/Rearrangement Strategy. J. Am. Chem. Soc. 2024, https://doi.org/10.1021/jacs.3c13590

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