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复杂天然产物(+)-Propindilactone G的不对称全合成并修正其结构

近日,杨震教授和陈家华教授课题组以20步完成了对复杂天然产物(+)-Propindilactone G分子的不对称全合成工作,并据此将其结构进行了修正。该工作以Asymmetric Total Synthesis of Propindilactone G为题发表在著名学术期刊美国化学会志(J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 10120.)上。

在我国民间,五味子科植物是重要的药用资源植物。其果实具有安神、滋补、止咳之功效,而其茎藤则具有祛风除湿、清热解毒、活血化瘀等药用价值。孙汉董院士等人致力于有药用价值的五味子科植物的天然产物分离、鉴定工作,至2014年已从中分离得到201种降三萜类化合物。这一系列天然产物结构新颖而复杂多样,吸引了全球超过十个科研团队对这一家族天然产物进行合成研究。

杨震教授、陈家华教授课题组早在2005年即开始了对五味子家族降三萜类天然产物的全合成研究。经过多年艰苦的研究,于2011年完成了天然产物Schindilactone A的全合成工作,这是世界上首次报道该家族天然产物的全合成。这一成果以封面文章的形式发表于著名期刊《德国应用化学》上(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 7373.),并由北京大学新闻网报道。

在此基础上,课题组期望能利用对其结构的深刻理解,开发出一条对五味子家族天然产物普适的多样性导向全合成方法。(+)-Propindilactone G是由孙汉董院士于2008年从五味子科植物合蕊五味子(Schisandra propinqua var. propinqua)的茎藤(又称血藤)中分离得到的降三萜天然产物(+)-Propindilactone G具有独特的5/5/7/6/5环系骨架,分子中拥挤的排布有10个手性中心,其中包括3个四级碳手性中心。初步的生物活性研究表明,该家族天然产物具有显著的抗HIV活性。经过曲折的探索,该研究团队历时2年,最近以精炼的20步合成路线完成了(+)-Propindilactone G分子的不对称全合成工作


这一合成以有机小分子催化的不对称Diels-Alder反应为起始步骤,经过多种不对称DA反应的筛选,最终使用Hayashi-Jorgensen催化剂以98%的ee值不对称的构建出最初的两个手性中心。随后经过简单的转化关上分子中的B环,接着顺利完成分子中B,C环系间三级醇的构建并同时原位保护。将得到的产物进行环丙烷化与Ag催化的正离子重排扩环反应得到七元环,构建出分子中的B,C环系。扩环所得的产物是课题组进行五味子家族天然产物的多样性导向全合成的重要节点化合物。

在扩环产物的基础上,通过两步反应得到Pauson-Khand反应的前体,并经过针对底物、催化剂及助催化剂的大量筛选,实现了使用大位阻的Pauson-Khand反应高效的构建出天然产物中的D,E环系及关键的全碳手性中心的目的,并完成天然产物基本骨架的构建。随后经过选择性的氢化还原-异构化-脱水过程、并选择性的在C,D环间构建出环氧结构,实现了在区分分子中的两个三级羟基的同时、调整分子构象的目的。随后,在此基础上通过Dieckmann缩合反应构建出了分子中的A环,并通过单晶确认分子中的手性中心都是正确的。

在此基础上,通过氢化反应在饱和A环上C=C双键的同时,立体选择性的打开环氧环,构建出反式7,6并环结构。随后,经过系统的研究,天然产物中的侧链部分使用异组分烯醇硅醚间的氧化偶联反应予以顺利构建,经过HWE与双羟化两步反应,即最终以20步简洁地完成了Propindilactone G的不对称全合成工作。在氧化偶联及后续反应中,得到了C17位与C20位手性不同的四种非对映异构体,经过仔细的鉴定表征,并最终结合单晶数据,确认四种化合物中的(17S, 20S)构型为真实的天然产物结构,分离文献中所猜测的结构实际为C17-epi-propindilactone G

这一高效的合成路线展示了课题组一直关注的Pauson-Khand反应在骨架构建与全碳手性中心构建中的独特优势;体现了异组分间氧化偶联反应(oxidative heterocoupling)在侧链构建中的高效性。这一路线的开发为该家族其他天然产物的合成具有指导性意义,为该类降三萜天然产物的生物活性研究奠定了基础。相关更为深入的合成研究与化学生物学研究仍在进行之中。


http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5b06480


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