北京大學羅佗平課題組JACS:箭毒蛙毒素類似物的不對稱全合成

導讀

箭毒蛙毒素是目前已知的最毒的生物鹼之一。同時，它也在研究一些疾病中具有潛在的應用。因此，它的合成引起了無數化學家的興趣。最近，北京大學化學院的羅佗平課題組在JACS上報導了有關箭毒蛙毒素類似物( )-Batrachotoxinin A的不對稱全合成，文章DOI:10.1021/jacs.9b12882。

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箭毒蛙毒素( )-Batrachotoxin（BTX），因中南美洲的土著居民常用箭毒蛙的毒液製作箭頭而得名，是人類目前已知的最毒的天然毒素之一（跳轉閱讀：毒尖上綻放的玫瑰：箭毒蛙毒素）。一隻箭毒蛙身上的毒素至少能毒死十個成年人，而且無藥可解。箭毒蛙毒素可以使受體的神經細胞的鈉離子通道保持持續打開，從而導致受體因心力衰竭而死。與此同時，箭毒蛙毒素的作用機制也可以幫助人類更加清晰地認識因鈉離子通道失調引起的症狀如癲癇、心臟病等。然而，通過從箭毒蛙皮膚中提取的策略顯然不能滿足研究的需求。於是，化學家們紛紛嘗試合成該類型化合物。

1998年，哈佛大學的Kishi課題組首先報導了(±)-batrachotoxinin A的全合成（J. Am. Chem. Soc.1998,120, 6627）。2016年，美國史丹福大學的J. Du Bois教授課題組通過串聯自由基策略在Science上率先報導實現了箭毒蛙毒素的不對稱合成(Science2016,354, 865)。北大羅佗平課題組也對該結構有極大的興趣。最近，他們通過光催化和區域去對稱化的策略，成功地構建了箭毒蛙毒素類似物( )-Batrachotoxinin A。一方面由於( )-Batrachotoxinin A可以通過一步簡單的酯化便可得到最終的箭毒蛙毒素；另一方面，箭毒蛙毒素的毒性比( )-Batrachotoxinin A強500倍。因此，該工作將( )-Batrachotoxinin A定為目標分子。

該分子的逆合成分析如下（圖1）：化合物2可以由3經單線態氧氣-ene反應得到，而後者結構中的七元環內醯胺骨架可以由4經還原胺化、醯胺化、分子內環化三步經典的反應得到。而4可以由6經分子內環化、碳碳鍵斷裂得到，後者可以由α-溴代酮7和1,3-二酮化合物8反應得到。

圖 1：逆合成分析 (圖片來源：J. Am. Chem. Soc.)

具體的合成步驟如下（圖2）：作者按文獻方法製備了化合物9。化合物9與烯基醚鋰試劑可以以十克的規模發生親核進攻、水解得到化合物10，後者可經在酸催化下形成縮酮11。11也經由烯醇矽醚中間體與NBS反應，以1克級規模，89%的產率形成α-溴代酮7。於是，作者考慮從化合物7和8經SN2反應構建化合物6，考察了溶劑、溫度、鹼等條件，然而均沒有取得成功。最後，作者通過對文獻的調研和思考，嘗試採用MacMillan發展的光催化的策略將7與8連接起來(Science2008,322, 77)。最後，在釕光敏劑與當量的小分子胺協同作用下，能與7%的產率得到目標產物6，並且反應可放大到四克的規模。過程中當量的小分子胺的作用是與8的羰基作用形成烯胺中間體。6可發生分子內鋰滷交換、親核進攻構建六元環骨架5。需要指出的是，反應除了得到目標產物5以外，還可以得到異構體12和質子化產物13。該反應需要使用大量的叔丁基鋰，作者通過實驗和理論計算發現，叔丁基鋰除了發生鋰滷交換，過程中還與另外兩分子羰基進行配位，從而決定了產物的優勢構型（詳情可參考文章SI）。5可經由烯醇矽醚化得到化合物14，後者可發生雙羥化、氧化碳碳鍵斷裂得到化合物16。然而，對16還原時，作者發現反應的主產物中C11的立體選擇性與目標產物相反。

圖 2：合成路線 (圖片來源：J. Am. Chem. Soc.)

於是，作者考慮從化合物14出發，嘗試新的合成路線。因為之前的失敗，作者考慮優先構建C11的手性中心。化合物14可在當量醋酸鈀作用下通過一步Saegusa氧化得到18。18經DIBAL-H和LAH先後選擇性還原可得到化合物19。19的C11的構型與目標產物是一致的。19經縮酮保護、臭氧化可得到化合物20。值得一提的是，臭氧化反應使用了甲醇作溶劑，因此甲醇參與了反應。2可在NaBH4還原下得到化合物21。21經分子內重組縮酮化和Grieco Nishizawa消除得到化合物22。22經脫保護、NaIO4氧化碳碳鍵斷裂得到化合物24。24經還原胺化、醯胺化和分子內關環三步常見的反應得到化合物25。為了將25的末端烯烴轉化為二級醇，作者考慮單線態氧化的策略將烯烴先氧化為不飽和醛。空氣中的氧氣通常為三線態形式，與烯烴之間的作用是較弱的。單線態氧氣則遠比三線態活潑，可與烯烴、呋喃等發生反應。25在單線態氧氣的作用下可發生類似ene反應得到不飽和醛26。26可與甲基格氏試劑反應生成二級醇27,後者經LAH還原、水解可以89%的產率得到目標產物( )-Batrachotoxinin A。

圖 3：合成路線 (圖片來源：J. Am. Chem. Soc.)

綜上所述，北京大學化學院的羅佗平課題組報導了有關箭毒蛙毒素類似物( )-Batrachotoxinin A的不對稱全合成。文章採用了光催化碳碳鍵構建和區域去對稱化這兩種關鍵的策略。未來作者還考慮將該策略用於其它具有較高氧化態的天然產物的合成中。

文章連結:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12882

撰稿人：疾風勁草

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