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JACS:C?H官能團化促進(+)-Heilonine的匯聚式高效全合成

來源:化學(xué)加原創(chuàng)      2024-04-01
導(dǎo)讀:近日,美國埃默里大學(xué)代明驥課題組報道了一種具有六環(huán)骨架、九個手性中心和trans-六氫茚滿結(jié)構(gòu)單元的C-nor D-homo甾體生物堿(+)-Heilonine的匯聚式高效的全合成。其中,關(guān)鍵策略為:通過四種選擇性的C?H官能團化以構(gòu)建關(guān)鍵的C?C鍵和手性中心、通過Stille羰基化交叉偶聯(lián)實現(xiàn)了AB環(huán)和DEF環(huán)的聯(lián)接以及通過Nazarov環(huán)化構(gòu)建了五元C環(huán)。這些轉(zhuǎn)換顯著減少了官能團的操作,并通過11或13步最長線性步驟(longest linear sequence,LLS)合成了(+)-Heilonine。文章鏈接DOI:10.1021/jacs.3c13492.

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

正文

Heilonine(1,F(xiàn)igure 1)由Kaneko等人于1989年從Fritillaria ussuriensis Maxim(也叫平貝母)中分離得到。Heilonine屬于藜蘆(Veratrum)甾體生物堿家族,其成員具有常見的C-nor D-homo甾體骨架(Figure 1A)。根據(jù)哌啶E環(huán)周圍的連接模式,藜蘆甾體生物堿可進一步分為三個亞科:Cevanine(1?5)、Jervine(67)和Veratramine(89)。其中,Cyclopamine(7)是最值得注意和研究的一種。它被鑒定為Hedgehog信號通路抑制劑,其類似物Patidegib目前正在進行癌癥治療的人體臨床試驗。下載化學(xué)加APP到你手機,收獲更多商業(yè)合作機會。

由于藜蘆甾體生物堿的結(jié)構(gòu)多樣性、復(fù)雜性和治療潛力,自20世紀(jì)60年代以來,它們的合成引起了人們的廣泛關(guān)注。1967年,Masamune課題組(J. Am. Chem. Soc. 196789, 4521.)和Johnson課題組(J. Am. Chem. Soc. 196789, 4523.)分別報道了47步的Jervine(6)和41步的Veratramine(8)的突破性全合成。這兩種合成都可以追溯到Hagemann’s酯。隨后,Kutney等課題組還報道了幾種Veratrum甾體生物堿的合成,包括1968年通過31步合成Verarine(9)與1977年通過28步合成Vetine(3)。2009年,Giannis課題組(Angew. Chem., Int. Ed. 200948, 7911.)報道了一種由脫氫表雄酮分20步實現(xiàn)了Cyclopamine的半合成。2023年,Baran課題組(J. Am. Chem. Soc. 2023145, 21760.)通過16步LLS對Cyclopamine進行了匯聚式和對映選擇性全合成,隨后高栓虎等課題組(J. Am. Chem. Soc. 2023145, 25086.)在23步LLS進行了全合成。同年,羅佗平課題組(J. Am. Chem. Soc. 2023145, 20202.)經(jīng)37步LLS首次全合成了高氧化的Zygadenine(5)。2021年,Rawal和Cassaidy課題組(J. Am. Chem. Soc. 2021143, 16394.)報道了唯一一例Heilonine的全合成報道,涉及21個LLS步驟(總共30步;Figure 1B)。它們優(yōu)雅的合成特點是通過對映選擇性有機催化的Diels?Alder反應(yīng)構(gòu)建具有三個手性中心的B環(huán)(10+1112)和Rh-催化[2+2+2]環(huán)加成構(gòu)建芳香D環(huán)(1314)。近日,美國埃默里大學(xué)代明驥課題組報道了一種由Wieland?Miescher酮和苯乙炔經(jīng)11或13步LLS實現(xiàn)了(+)-Heilonine的匯聚式全合成。

同時,作者進行了相關(guān)的逆合成分析(Figure 1C)。砌塊15作為合成Heilonine(1)的高級中間體。砌塊16經(jīng)Nazarov環(huán)化,可實現(xiàn)砌塊15中C環(huán)的構(gòu)建。砌塊17與砌塊18經(jīng)鈀催化羰基化偶聯(lián)反應(yīng),可實現(xiàn)砌塊15的合成,涉及AB環(huán)和DEF環(huán)的聯(lián)接。砌塊18可由手性Wieland?Miescher酮(23),在C6處進行選擇性的C?H羥基化反應(yīng)制備。砌塊18可由砌塊19經(jīng)C-H官能團化反應(yīng)制備。砌塊19可由砌塊20經(jīng)胺導(dǎo)向鈀催化羰基化C?H內(nèi)酰胺化反應(yīng)制備。對于具有三個手性中心的砌塊20可由化合物21與化合物22經(jīng)Boc-導(dǎo)向與非對映選擇性的C?H鋰化以及鈀催化Negishi交叉偶聯(lián)反應(yīng)制備?;衔?strong style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">21可以通過相應(yīng)胺的Boc保護合成,化合物22可以通過苯乙炔的區(qū)域選擇性碘化制備。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

砌塊26的合成(Scheme 1A):以化合物2122為初始底物,在s-BuLi/TMEDA/ZnCl2進行非對映選擇性的C?H鋰化反應(yīng)以及在CPhos Pd G3/ CPhos條件下進行鈀催化Negishi交叉偶聯(lián)反應(yīng),可得到中間體24。同時,化合物24以高度區(qū)域選擇性和非對映選擇性的方式在C22處產(chǎn)生所需的立體化學(xué)。中間體24在TFA條件下脫除Boc后,可以兩步52%的總收率得到胺中間體25。中間體25在Crabtree’s cat./ H2條件下進行導(dǎo)向和催化氫化反應(yīng),可以88%的收率得到單一非對映體中間體20。20在Pd(OAc)2/Cu(OAc)2/CO/air條件下進行氧化羰基化C?H內(nèi)酰胺化反應(yīng),可以82%的收率得到中間體19。中間體19在[Ir(cod)(OMe)]2/L1/B2pin2條件下經(jīng)銥催化的C?H硼化反應(yīng),可以60%的收率得到含有Bpin基團的中間體17a。中間體19在[RhCp*Cl2]2/AgSbF6/NIS/PivOH條件下經(jīng)銠催化C?H碘化反應(yīng),可以85%的收率得到含有碘基團的中間體17b。其中,以中間體17b為底物,在BH3?THF條件下經(jīng)還原反應(yīng),可以95%的收率得到中間體26

砌塊29的合成(Scheme 1A):以Wieland?Miescher酮23為底物,在LiHMDS/HMPA/ Comins’試劑條件下進行三氟甲磺?;磻?yīng),可以40%的收率得到中間體27。27在Pd(PPh3)4/(Me3Sn)2/LiCl條件下進行反應(yīng),可以83%的收率得到中間體28。通過對反應(yīng)條件的嘗試后發(fā)現(xiàn),中間體28與中間體26在Pd(PPh3)4/LiCl/CuCl/CO條件下進行鈀催化羰基化偶聯(lián)反應(yīng),可以68%的收率得到中間體29。

然而,中間體29在光化學(xué)(254 nm)條件下進行環(huán)化反應(yīng),可以25%的收率得到螺環(huán)化合物30,dr為2.7:1,而非目標(biāo)產(chǎn)物。同時,中間體29在TfOH/HFIP條件下進行Nazarov環(huán)化反應(yīng),可得到中間體33(收率43%)、34(收率41%)和35(收率11%)的混合物。并且在體系無HFIP的情況下,可得到中間體33(收率58%)和34(收率23%)。這些結(jié)果表明,角甲基在C8處幾乎沒有發(fā)揮立體化學(xué)控制作用。

基于對上述的總結(jié),作者設(shè)計了一種匯聚式合成(+)-Heilonine的路線(Scheme 1B)。以Wieland?Miescher酮23為底物,在p-TsOH?H2O/HOCH2CH2OH條件下進行反應(yīng),可以91%的收率得到單縮酮中間體36。中間體36在Na2-Eosin Y/456 nm LED/O2條件下進行光氧化還原C-H氧化反應(yīng),可以45%的收率得到中間體37。中間體37在KOH/MeOH/H2O條件下進行異構(gòu)化反應(yīng),可以38%的收率得到中間體38。中間體38在LiAl(Ot-Bu)3H/HCl條件下進行還原與脫保護反應(yīng),在TBSOTf/2,6-二甲基吡啶條件下進行羥基的保護,可以兩步90%的總收率得到中間體4040在NaHMDS/Comins’ reagent條件下進行三氟甲磺?;磻?yīng),可以75%的收率得到中間體41。中間體41在Pd(PPh3)4/LiCl/(Me3Sn)2條件下進行鈀催化的錫化反應(yīng),可以97%的收率得到中間體42。中間體42與中間體26在Pd(PPh3)4/LiCl/CuCl/CO條件下進行Stille羰基化反應(yīng),可以73%的收率得到中間體43。中間體43 (370 nm)/AcOH以及KOH條件下反應(yīng),可以69%的收率得到中間體4445的混合物,44(cis)/45(trans)為1/1.7。同時,中間體44i-Pr2NH/MeOH條件下進行差向異構(gòu)化反應(yīng),可以59%的收率轉(zhuǎn)化為中間體45。中間體45分別在在NaBH4/MeOH/THF條件下進行還原反應(yīng)、在NaHMDS/CS2/MeI/THF條件下進行羥基硫酯化反應(yīng)以及在Et3B/n-Bu3SnH進行脫硫酯反應(yīng),可以三步64%的總收率得到中間體46。中間體46在TfOH條件下進行羥基的脫保護后,可以86%的收率得到(+)-Heilonine(1)。同時,中間體45在Zn/HCl條件下以及TfOH條件下反應(yīng),可以兩步24%的總收率直接得到(+)-Heilonine(1)。

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(圖片來源:J. Am. Chem. Soc.

總結(jié)

代明驥課題組的這項工作強調(diào)了過渡金屬催化和C?H官能團化化學(xué)是如何影響天然產(chǎn)物的合成效率的。本文的核心策略共涉及四種關(guān)鍵的C?H官能團化,即Boc-導(dǎo)向的C?H鋰化?Negishi交叉偶聯(lián)、鈀催化的羰基化C?H內(nèi)酰胺化、內(nèi)酰胺導(dǎo)向的銠催化的C?H碘化和Na2-Eosin Y-催化可見光誘導(dǎo)的C?H羥基化,能夠快速合成構(gòu)砌塊2642,然后將其與鈀催化的Stille羰基化連接在一起,便于隨后通過光化學(xué)Nazarov環(huán)化以構(gòu)建六環(huán)骨架。這些轉(zhuǎn)化可在單取代的芳香族起始原料周圍實現(xiàn)鍵的連續(xù)構(gòu)建,以生成Heilonine的四取代芳香族核??偟膩碚f,(+)-Heilonine的全合成是以高度匯聚的方式通過1113LLS實現(xiàn)的。

文獻詳情:

Yuan Jin, Sovanneary Hok, John Bacsa, Mingji Dai*. Convergent and Efficient Total Synthesis of (+)-Heilonine Enabled by C?H Functionalizations. J. Am. Chem. Soc. 2024, https://doi.org/10.1021/jacs.3c13492

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