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【今日化學前沿】加州理工美女化學家發(fā)表Science,再報道天然產(chǎn)物全合成新突破

來源:化學加      2016-09-09
導讀:近日,加州理工學院化學系的美女化學家Sarah E. Reisman教授在國際頂級期刊Science上發(fā)表高水平文章,報道了她們課題組在復雜天然產(chǎn)物全合成方面的新突破,作者以15步簡潔高效地完成了天然產(chǎn)物(+)-ryanodol的全合成,文章題目為A 15-step synthesis of (+)-ryanodol. Science, 2016, 353, 912-915, 文章DOI: 10.1126/science.aag1028。

本文的并列一作是加州理工的Kangway Chuang博士和徐晨博士,徐晨博士曾在北大深圳研究生院獲得博士學位,在Sarah E. Reisman課題組進行博士后研究。這篇文章也是Sarah E. Reisman教授今年又一篇漂亮的全合成工作,之前我們曾經(jīng)解讀過她的JACS全合成。

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天然產(chǎn)物(+)-ryanodine (1) 和它的水解產(chǎn)物(+)-ryanodol (2)都是復雜的二萜類天然產(chǎn)物,可以在ryanodine受體上調(diào)節(jié)細胞內(nèi)鈣離子的釋放。對于這些二萜的化學衍生化顯示:一定的外圍結(jié)構(gòu)修飾可以改變ryanodine受體亞型的親和力和選擇性。復雜而獨特的化學結(jié)構(gòu)以及潛在的生物活性,使得(+)-ryanodine和(+)-ryanodol吸引了眾多有機合成化學家的興趣。之前也有過兩例全合成的報道,但路線較長,通常需要30多步(37步,Can. J. Chem. 1990, 68, 186–192;35步,J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 5916–5919)。(圖1A)

Sarah E. Reisman課題組則是通過對目標分子結(jié)構(gòu)的深入思考,提出了如下的逆合成分析:(+)-ryanodol (2)可以由(+)-anhydroryanodol (3)得到,3可以由帶有OTf的化合物6經(jīng)交叉偶聯(lián)反應得到,6可以由不飽和酮化合物7水合、氧化得到,7由前體8經(jīng)分子內(nèi)Pauson-Khand反應得到,而8由化合物9發(fā)生內(nèi)酯化以及共軛加成得到,9可以逆推至商業(yè)可得的手性原料胡薄荷酮(S)-pulegone (10)。(圖1C)

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具體合成路線如下:首先由胡薄荷酮(S)-pulegone (10) 在KHMDS和Davis 試劑11的作用下在羰基的兩個α-位都立體選擇性氧化出羥基得到化合物12。隨后BOM保護兩個羥基得到化合物13,格氏試劑親核進攻酮羰基,臭氧化切斷雙鍵得到酮化合物14。14接受格氏試劑進攻,在AgOTf條件下發(fā)生環(huán)化、消除得到15,15發(fā)生1,4-加成得到化合物16。(圖2) 

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接下來便是全合成中最關(guān)鍵的一步即銠催化的Pauson-Khand反應,作者嘗試了許多條件,最后發(fā)現(xiàn)使用[RhCl(CO)]2催化劑,可以以85%的收率得到目標產(chǎn)物,并且可以實現(xiàn)克級規(guī)模制備,其結(jié)構(gòu)和立體化學也通過單晶予以確認(圖3)。接著SeO2氧化順利得到帶有烯醇式的不飽和酮18。隨后將羥基OTf化,為交叉偶聯(lián)反應做好準備,接著在鈀催化劑的條件下發(fā)生Stille偶聯(lián)得到化合物20。LiBH4還原酮羰基、Pd/C和H2還原烯烴雙鍵并脫去BOM保護基得到(+)-anhydroryanodol (3)。3在過氧三氟乙酸的作用下發(fā)生環(huán)氧化,Li/NH3作用下拉開環(huán)氧并和內(nèi)酯反應得到半縮酮,進而完成天然產(chǎn)物(+)-ryanodol (2)的全合成。  


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值得一提的是,在SeO2氧化時,干燥的1,4-二氧六環(huán)作溶劑可以得到18;而在1,4-二氧六環(huán)中添加水時得到21,和18相比少了一個羥基,接下來經(jīng)過類似的轉(zhuǎn)化則可以合成其它的天然產(chǎn)物。

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總結(jié)

在這篇Science的全合成美文中,美女化學家Reisman教授通過巧妙的設計,在15步內(nèi)完成了復雜天然產(chǎn)物(+)-ryanodol的全合成,非常的簡潔高效。其合成的關(guān)鍵步驟是銠催化的Pauson-Khand反應和SeO2氧化等。這一普適性的策略還可以完成ryanodol系列其它天然產(chǎn)物的全合成,為多樣性合成和將來的生物活性研究打下了堅實的基礎。

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