Dirk Trauner曾经师从化学大牛Johann Mulzer和Samuel J. Danishefsky,自己也是桃李天下,南开大学的青年学者梁广鑫教授就曾经师从Dirk Trauner。
图1 石松生物碱的代表分子
石松类生物碱(Lycopodium alkaloids)由于其独特新颖而又复杂的化学结构,加之潜在的生物活性,一直都备受有机合成化学家的关注。欣喜的是,在这些复杂天然产物的全合成中,我国的学者也作出了精彩的贡献,包括涂永强院士、姚祝军教授、雷晓光教授等都完成了其中的一个或者几个明星分子的全合成。
图2 Dirk Trauner课题组的逆合成分析
本文的目标分子Lycopalhine A具有复杂的六环体系,除了一个六元碳环和两个五元碳环之外,还具有哌啶环、六氢嘧啶环和一个多取代的四氢吡咯环,整个分子具有9个手性中心,其中8个都是连续的,这也大大增加了目标分子合成的难度和挑战。然而,根据分子本身的结构特点,作者却做出了如下精妙的设计:首先从六氢嘧啶环切开,可以通过胺的缩合反应构建,两个五元并环可以通过羟醛缩合反应连接,这样逆推至化合物7。7中的四氢吡咯环可以通过经典的Mannich反应构建,其中的侧链则可用缩合反应和共轭加成实现,而前体化合物8中的五元环烯酮则选用Pauson-Khand反应构建,前体化合物则可用L-谷氨酸经由简单的烷基化制备。
图3 Dirk Trauner课题组的合成路线
再来欣赏下具体合成路线,从已知化合物12出发,首先引入了第一个手性中心,酯羰基α-位立体选择性地烷基化,DIBAL还原得到半缩醛化合物14,并和Ohira试剂15反应,引出炔基侧链,烯炔化合物11在八羰基二钴条件下发生Pauson-Khand反应,以良好的收率和选择性构建了6-5并环,得到化合物10,Michael加成并脱保护得到化合物8,醛胺缩合得到亚胺中间体,并在L-脯氨酸作用下立体选择性地发生Mannich反应,构建了四氢吡咯环,保护四氢吡咯环上氮原子后,氧化并分子内羟醛缩合,得到化合物21,构建了5-5并环,最后,双键双羟化并用NaIO4切断得到醛,三氟乙酸脱去Boc保护并原位和醛发生缩合反应,得到目标产物Lycopalhine A。
综观全文,作者通过对分子结构的深刻解读,制定了一条高效简洁的合成路线,两个氨基酸的使用非常关键,一个作为手性原料引入第一个手性中心,一个控制了关键的Mannich反应的手性,整体路线13步如行云流水,并且可以大量制备,作者也因此顺利完成了目标分子的全合成,这也对其它石松类生物碱的合成研究具有非常重要的借鉴意义。
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