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JACS主编最新JACS:(+)-Euphorikanin A的全合成

来源:化学加原创      2023-12-11
导读:近日,JACS主编,瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zürich)Erick M. Carreira课题组实现了由ingenane衍生的二萜类化合物(+)-euphorikanin A的全合成。关键步骤是立体控制的一锅连续反应策略,包括跨环aldol加成反应,半缩醛形成,以及随后的半频哪醇重排,可以有效的实现euphorikanin骨架的构建。此外,高阻旋异构选择性的闭环烯烃复分解反应是此立体定向串联反应的关键,从而实现(Z)-双环[7.4.1]十四烯酮核心骨架的构建。该路线的另一个显著特征是双黄原酸甲酯的热解,从而可以得到纯净的产物。相关成果发表在J. Am. Chem. Soc.上,文章链接DOI:10.1021/jacs.3c11000。

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

正文

大戟科植物家族会生产包含一系列具有生物活性的天然产物,其中最著名的当属ingenane二萜,其在近几十年来一直是合成化学家们的研究主题。2016年,兰州大学张占欣团队从大戟科植物kansui中分离得到(+)-euphorikanin A (1)(Scheme 1),其被认为是一种重排的ingenane。由于其分子内具有5/6/7/3-四环骨架以及[3.2.1]-桥联γ-内酯骨架,因此在合成上具有很大的挑战性。到目前为止,仅有两个课题组实现了(+)-euphorikanin A (1)的全合成。这两种方法的共同点是按顺序组装A环和B环。最近,瑞士苏黎世联邦理工学院Erick M. Carreira课题组实现了(+)-euphorikanin A的全合成,其利用一个官能团化的十元环一步实现了A环、B环和γ-内酯的合成。该合成策略的核心包括通过闭环复分解(RCM)形成双环[7.4.1]十四烯I和从三烯酮II通过串联反应得到euphorikanin骨架IV下载化学加APP到你手机,更加方便,更多收获。

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

在逆合成分析中,作者认为使用(+)-carene通过两个连续的aldol加成可以得到中间体VI,其经历关环复分解得到中间体I,并经历一系列串联反应,通过中间体II得到(+)-euphorikanin A (1)(Scheme 2)。值得注意的是,在双环[7.4.1]体系中会存在两种可能的阻旋异构体anti-Isyn-I,而反式异构体anti-I的立体化学与产物一致。因此这就产生了以下问题:1)是否可以依靠RCM来合成双环[7.4.1]十四烯酮? 2)反应是否会对一种阻旋异构体有偏好?如果有,它们是否可以相互转换?3)侧链的构型是否会影响环癸烯形成过程中的阻旋选择性? 4)三酮anti-II是否参与了实现(+)-euphorikanin A (1)合成的串联反应?

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

作者首先以烯酮2为起始原料,通过与Me2CuLi的共轭加成以及随后与醛(R)-3反应,得到的羟基用TBS保护,以44%的产率得到单一的非对映异构体4 (Scheme 3)。另一侧链通过4与LiN(i-Pr)2的位点选择性烯醇化以及与(R)-5的aldol加成和二级醇羟基的TBS保护,以82%的产率得到6。接下来,6在H2O2存在下发生消除,以98%的产率得到二烯烃7。二烯烃7在Grubbs二代催化剂存在下发生关环烯烃复分解,以95%的产率得到环癸烯产物8。通过1H 和13C NMR分析,作者发现产物8为单一的异构体,由此表明反应具有阻旋异构选择性。接下来,作者将8在RuCl3、NaBrO3条件下氧化,以51%的产率得到三酮产物9。作者通过对9进行晶体解析得出十元环阻旋异构体的相对构型为顺式。接下来,当作者将9在LiN(SiMe3)2的THF溶液中室温反应2小时后,可以以81%的产率得到单一异构体产物10。然而,作者通过单晶衍射得出由于环丙烷和内酯为顺式,因此10是不适合合成(+)-euphorikanin A (1)的。虽然作者尝试将89进行异构化,但均未成功。

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

于是作者变换思路,开始了第二代合成(Scheme 4)。作者从单一对映体的醛(S)-3和(S)-5出发,并通过其它相同的步骤以五步27%的产率从烯酮2实现了RCM前体11的合成。而11通过烯烃关环复分解反应可以以55%的产率得到双环[7.4.1]十四烯酮12,且单晶衍射结果表明环丙烷与桥接酮成反式关系。因此,通过对侧链构型的转变,可以得到期望的阻旋异构选择性。接下来,作者在RuCl3、NaBrO3条件下氧化12为相应的三酮13,在无需分离纯化的情况下加入LHMDS,可以以两步45%的产率得到单一的异构体内酯产物14。单晶衍射实验结果表明,内酯14的构型与(+)-euphorikanin A (1)一致。

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

为了深入理解构建14的立体化学过程,作者在Scheme 5中提出了可能的反应路径。阻旋异构体13形成烯醇酯15时,其si-面进攻内桥接酮的si-面,产生 (+)-与(+)-euphorikanin A (1)具有相同C-3和C-4结构构型的产物16。而C-4的结构决定了半缩酮的形成。从17开始,C-13-C-15键进行立体电子排列,进行半频哪醇重排得到(+)-euphorikanin A骨架14。因此,在一次操作中,构建了5/6/7并环体系和桥接γ-内酯骨架以及构建了三个连续的立体中心。

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

最后,作者将14n-Bu4NF存在下脱保护,以99%的产率得到三醇产物18(Scheme 6)。随后,18通过选择性的形成黄原酸甲酯得到19(99%),并经历Chugaev消除,再借助真空热解手段来实现纯化,以68%的产率得到(+)-euphorikanin A (1)。且产物的所有分析数据(1H NMR, 13C NMR, IR, HRMS, [α]D)均与文献报道一致。

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(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

总结

Erick M. Carreira课题组使用(+)-carene仅通过15步就实现了二萜类化合物(+)-euphorikanin A的新颖全合成。该策略的核心是立体控制的一锅连续反应,包括跨环醛醇aldol加成反应,半缩醛形成,以及随后的半频哪醇重排,从而可以有效的实现euphorikanin骨架的构建。高阻旋异构选择性的闭环烯烃复分解反应是此立体定向串联反应的关键,来实现(Z)-双环[7.4.1]十四烯酮核心骨架的构建。从策略上讲,该工作证明了从中等双环体系来制备多环骨架的可能性。重要的是,由于阻旋异构的产生会增加中间体在合成路线中的复杂性,然而,它可以作为立体控制的一个因素,并促进跨环转化。

文献详情:

Moritz J. Classen,Bilal Kicin, Vincent A. P. Ruf, Alexander Hamminger, Loélie Ribadeau-Dumas, Willi M. Amberg, Erick M. Carreira*. Total Synthesis of (+)-Euphorikanin A via an Atropospecific Cascade. J. Am. Chem. Soc., 2023, https://doi.org/10.1021/jacs.3c11000.

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