近日，南方科技大學(xué)李闖創(chuàng)教授團(tuán)隊(duì)與暨南大學(xué)葉文才教授團(tuán)隊(duì)等合作，以獨(dú)特的Pauson–Khand反應(yīng)為關(guān)鍵策略，完成了復(fù)雜活性甾體Bufospirostenin A的首次不對(duì)稱全合成，相關(guān)成果以“Asymmetric Total Synthesis of Bufospirostenin A”為題，發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Journal of the American Chemical Society》（簡(jiǎn)稱JACS）上。
▲圖1. Bufospirostenin A（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）
甾體天然產(chǎn)物在有機(jī)合成化學(xué)和藥物發(fā)現(xiàn)中扮演了非常重要的角色。例如最早發(fā)現(xiàn)的甾體類天然產(chǎn)物—膽固醇，其參與人體內(nèi)的多種物質(zhì)代謝和內(nèi)分泌調(diào)節(jié)，對(duì)于維持人體正常生理功能十分重要。近些年來，甾體化合物的合成被國(guó)內(nèi)外許多合成化學(xué)家廣泛報(bào)道。甾體Bufospirostenin A (圖2) 是由暨南大學(xué)葉文才教授團(tuán)隊(duì)在2017年從中華大蟾蜍中分離得到。中華大蟾蜍是重要的中藥資源，在國(guó)內(nèi)被作為重要的抗癌藥物。盡管Bufospirostenin A具有一定的抑制Na+/K+ ATPase，但分離量只有1.9 mg，限制了進(jìn)一步的生物活性研究。因此，對(duì)Bufospirostenin A進(jìn)行全合成研究，具有重要的科學(xué)意義與現(xiàn)實(shí)意義。Bufospirostenin A的結(jié)構(gòu)特征在于：包含復(fù)雜[5-7-6-5-5-6]六環(huán)骨架（包括1個(gè)獨(dú)特的螺環(huán)）、11個(gè)手性中心（包括10個(gè)連續(xù)的手性中心）。值得一提的是，該分子是迄今為止從動(dòng)物中分離得到的唯一具有螺環(huán)結(jié)構(gòu)的甾醇。因此，Bufospirostenin A具有很大的合成挑戰(zhàn)性。此外，不僅Bufospirostenin A具有[5-7-6-5]四環(huán)骨架，該骨架也存在于其他天然產(chǎn)物中(如天然產(chǎn)物2-5，圖2)，該類骨架的合成研究非常罕見，而且尚無相關(guān)天然產(chǎn)物全合成的報(bào)道。
▲ 圖2. Bufospirostenin A的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及具有[5-7-6-5]骨架的代表性天然產(chǎn)物（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）
Bufospirostenin A的逆合成分析 (圖3)作者希望通過內(nèi)酯7與鋰試劑6發(fā)生1,2-加成反應(yīng)得到1，而7可以由具有[5-7-6-5]四環(huán)骨架的8通過一系列官能團(tuán)轉(zhuǎn)化 (FGI) 得到。中間體8則由烷氧基聯(lián)烯-炔9發(fā)生Pauson–Khand反應(yīng)制備。最后，作者利用易得的Hajos-Parrish ketone 衍生物10、碘代物11、鋰試劑12通過烷基化以及1,2-加成反應(yīng)合成9。
▲圖3. Bufospirostenin A的逆合成分析（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）
Bufospirostenin A的不對(duì)稱全合成 (圖4-5)首先（圖4），參考已知文獻(xiàn)，作者利用10與碘代物9在NaH/DMSO條件下發(fā)生烷基化反應(yīng)，隨后在NiCl2·6H2O/MeOH體系下發(fā)生立體選擇性1,4-還原反應(yīng)得到13 (總收率40％，8 g規(guī)模)。13在CeCl3·7H2O/MeCN存在下脫除縮醛保護(hù)，而后發(fā)生Seyferth–Gilbert增碳反應(yīng)制備15 (總收率56％，12 g規(guī)模)。15與12a發(fā)生1,2-加成反應(yīng)制備9 (9a:9b =1:2)。接著，作者利用9探索了一系列的Pauson–Khand反應(yīng)條件，最終在以[RhCl(CO)2]2為催化劑發(fā)生分之內(nèi)烷氧基聯(lián)烯-炔Pauson–Khand反應(yīng)得到含[5-7-6-5]四環(huán)骨架的8 (8a、8b的絕對(duì)構(gòu)型通過單晶X-射線衍射分析證實(shí)) (2步產(chǎn)率85％，1.4 g規(guī)模)。8經(jīng)過長(zhǎng)期探索，在BF3·Et2O/DCM條件下區(qū)域選擇性消除得到16 (產(chǎn)率81％，1.6 g規(guī)模)。隨后，16經(jīng)過Pd/C、H2區(qū)域和立體選擇性還原C1-C10、C9-C11的雙鍵及DIBAL立體選擇性還原C3位羰基，一鍋法制備17 (產(chǎn)率65％，1.0 g規(guī)模)。17經(jīng)過MOM保護(hù)及Mukaiyama hydration一鍋法制備18。隨后Pd/C、H2脫除Bn保護(hù)基，及PDC氧化一鍋法得到19 (2步產(chǎn)率60％)，絕對(duì)構(gòu)型通過單晶X-射線衍射分析證實(shí)。接著（圖5），作者直接利用MeLi或MeMgBr進(jìn)攻19的C10位羰基，未得到手性正確的產(chǎn)物。隨后采用Peterson olefination 反應(yīng)策略制備20 (產(chǎn)率86％，1.4 g規(guī)模)。20經(jīng)過DMP氧化、TMS保護(hù)、Mukaiyama hydration一鍋法制備21 (產(chǎn)率56％)，絕對(duì)構(gòu)型通過單晶X-射線衍射分析證實(shí)。接著，21經(jīng)過MOM保護(hù)得到22 (產(chǎn)率93％)。隨后，作者通過經(jīng)典化學(xué)反應(yīng)如Horner-Wadsworth-Emmons olefination、甲基化、硼氫化氧化、DMP氧化、Pinnick氧化、酯化反應(yīng)制備24 (4步產(chǎn)率34.5％)。接下來，24通過NaBH4還原及TBAF脫除TMS保護(hù)基一鍋法制備內(nèi)酯25 (產(chǎn)率65％)。最后，25在SOCl2/Pyr.條件下消除叔醇羥基，隨后與26發(fā)生1,2-加成反應(yīng)，最后加入HCl兩步得到Bufospirostenin A (1) (2步產(chǎn)率30％)。在完成Bufospirostenin A的全合成后，李闖創(chuàng)團(tuán)隊(duì)與暨南大學(xué)葉文才團(tuán)隊(duì)等繼續(xù)合作，進(jìn)一步開展對(duì)其生物活性的研究。研究表明，Bufospirostenin A分子在轉(zhuǎn)基因斑馬魚體內(nèi)的炎癥部位能顯著的降低中性粒細(xì)胞數(shù)（2.5–10 μM）。這表明Bufospirostenin A具有良好的抗炎活性，因此Bufospirostenin A具有成為抗炎新藥先導(dǎo)化合物的潛力。▲圖4. 關(guān)鍵中間體19的不對(duì)稱合成（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）
▲圖5. Bufospirostenin A的不對(duì)稱全合成（圖片來源：J. Am. Chem. Soc.）總結(jié)：李闖創(chuàng)教授團(tuán)隊(duì)與葉文才教授團(tuán)隊(duì)等合作，從已知化合物出發(fā)，通過20步，完成了復(fù)雜甾體Bufospirostenin A的首次不對(duì)稱全合成。其工作亮點(diǎn)在于：通過分之內(nèi)Pauson–Khand反應(yīng)高效快速構(gòu)建[5-7-6-5]四環(huán)骨架，該骨架類型同樣存在其他天然產(chǎn)物中；這也是烷氧基聯(lián)烯-炔參與的Pauson–Khand反應(yīng)首次應(yīng)用于天然產(chǎn)物全合成；立體選擇性的構(gòu)建了11個(gè)手性中心，包括10個(gè)連續(xù)的手性中心。該項(xiàng)研究使用的合成方法還可以擴(kuò)展到其他具有[5-7-6-5]核心骨架天然產(chǎn)物的不對(duì)稱合成，為進(jìn)一步的生物學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為后繼開展創(chuàng)新藥物的進(jìn)一步藥物化學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.0c05479
