EurJOC:螺缩酮类生物碱Lycibarbarines家族的四步全合成研究

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图 1. Lycibarbarines A-C的结构

2020年河南中医药大学陈辉课题组从我国传统中药材枸杞中分离得到了一类结构复杂骨架新颖的四环螺缩酮喹啉类生物碱Lycibarbarines A-C。初步生物活性显示Lycibarbarines A和C能够通过抑制caspase-3和caspase-9减少PC12细胞的凋亡而表现出显著的神经保护活性。Lycibarbarines家族良好的生物活性以及独特的结构引起了作者的合成兴趣。基于课题组多年在以糖为手性源的天然产物全合成方面的兴趣和经验,经过逆合成分析,作者发现Lycibarbarines A-C可以由同一关键中间体化合物4发散合成得到。化合物4可以通过卤代物(由二碘代物6与内酯7原位再生得到)与四氢喹啉5的烷基化反应实现C-N键的构建。四氢喹啉5与内酯7两个基元片段可由廉价易得的2- D-脱氧核糖以及8-羟基喹啉经过1-2步衍生得到。

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图 2. Lycibarbarines A-C的逆合成分析

作者首先对2-D-脱氧核糖3,4-位羟基进行选择性保护,随后将异头碳氧化为内酯化合物7。参考文献的方法对8-羟基喹啉进行甲酰化反应后,经过条件摸索后我们实现了在醛基存在下的吡啶环的选择性还原,得到了5-甲酰基-8-羟基四氢喹啉5

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图 3. 四氢喹啉5和内酯7的合成

随之如何实现两个片段的成功连接成为了合成路线中最富挑战性的关键性问题。经过大量的条件筛选后,发现:低温下二碘甲烷和甲基锂先进行卤锂交换原位生成碘甲基锂,然后进攻内酯7,可以生成碘代物中间体7a。碘代物中间体7a与随后添加的5-甲酰基-8-羟基四氢喹啉5在无机盐催化下进行N-烷基化反应,可以一锅法实现两个片段的连接得到关键中间体4。接下来能否选择性制备呋喃环和吡喃环产物成一个关键问题。通过一系列的尝试,发现通过控制催化剂酸度可以实现Lycibarbarines A-C的选择性制备。例如:在无机酸3N HCl催化下,中间体4可经过一锅法脱除保护及缩酮化得到热力学更稳定的呋喃环类天然产物Lycibarbarine A 和B;而采用樟脑磺酸(CSA)催化则可以同时得到这三种天然产物的混合物。实际过程中也发现溶剂对保护基的脱除及缩酮化也有至关重要的影响。当以无水丙酮为溶剂时,采用对甲苯磺酸(PTSA)催化下仅发生缩酮化但不影响丙酮叉保护基从而得到吡喃环化合物12。随后,在酸性条件下脱除丙酮叉保护即可实现含吡喃环天然产物Lycibarbarine C的选择性制备。

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图 4. Lycibarbarines A-C的全合成

以商品化的原料2- D-脱氧核糖和8-羟基喹啉为原料,仅经过最长线性4步,即可简洁高效的实现结构复杂的含四环骨架的螺缩酮喹啉类生物碱Lycibarbarines A-C的全合成。其中一锅多步法(卤锂交换/亲核进攻/N-烷基化反应)实现关键骨架的构建以及通过控制反应条件,实现了目标产物的选择性制备是合成的亮点。该方法是目前关于此类天然产物已报道的最为简便高效的合成路线。该策略的开发为作者之后的合成结构类似的螺缩酮类生物碱如Acortatarins家族及Shensongines家族的全合成提供了新思路和有力借鉴。

文信息

Total Synthesis of Spiroalkaloids Lycibarbarines A–C

Pengpeng Nie, Chuanfang Zhao, Shuai Yu, Dr. Jun Liu, Dr. Yuguo Du

文章的第一作者是中国科学院生态环境研究中心的博士研究生聂鹏鹏。


European Journal of Organic Chemistry

DOI: 10.1002/ejoc.202300518




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