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JACS:兰大陈小明团队和王少华团队合作完成 (–)-Retigeranic acid A的不对称合成

来源:化学加      2023-06-19
导读:近日,兰州大学陈小明团队和王少华团队合作,在天然产物合成领域取得新进展,实现了(−)-Retigeranic acid A的不对称全合成。该合成的主要特征包括:(1)Pt-催化enolyne Conia-ene 5-exo-dig环化,构筑C-10季碳手性中心 (D/E环);(2)分子内非对映选择性Prins环化,构建trans-hydrindane 骨架(A /B环);(3)分子内铁介导的氢原子转移(HAT) Baldwin-disfavored 5-endo-trig自由环化,构筑相邻季碳中心和(−)-Retigeranic acid A骨架 (C环),最后引入C-22位羧基完成(−)-Retigeranic acid A不对称合成。相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.上。文章DOI:10.1021/jacs.3c04850

(–)-Retigeranic acids A & B是Sheshadri团队1965年从喜马拉雅地衣Lobaria retigera中分离得到的trans-hydrindane三奎烷骨架结构的二倍半萜(图 1),有8个手性中心,包含3个全碳季碳中心(2个为相邻季碳中心)。前期Corey(1985)、Paquette(1987)、Hudlicky(1989) 和Wender(1990)四个课题组分别报道了其全合成。2023年兰大陈小明团队/王少华团队和浙江大学丁寒锋团队同时报道了Retigeranic acid A的全合成。浙大丁寒锋课题组JACS:二倍半萜网肺酸(−)-Retigeranic Acid A的全合成

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图1. Retigeranic acids A & B的结构(图片来源:J. Am. Chem. Soc.)

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图2. 采用的关键合成策略图片来源:J. Am. Chem. Soc.)

为完成(–)-Retigeranic acid A的合成,作者拟采用Pt-催化的5-exo-dig Conia-ene环化构筑C-10位季碳,实现D/E环合成;通过Prins环化从线性前体出发构筑trans-hydrindane骨架,实现A/B环合成;通过Fe(Ⅲ)-催化Baldwin-disfavored 5-endo-trig氢原子转移(HAT)自由基环化构筑C环,完成(–)-Retigeranic acid A骨架合成;最后引入C-22羧基实现(–)-Retigeranic acid A的不对称合成(图2)。

(–)-Retigeranic acid A的合成可从化合物9开始,烷基化得到13,Krapcho脱羧生成化合物8a8b8a的差向异构化可提高8b的合成效率8b经Wittig反应合成烯醚7,通过PtCl2催化的5-exo-dig Conia-ene环化,以88%的产率得到醛5,此过程实现D环和C-10位季碳中心的构筑(图 3)。

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图 3. Retigeranic acid A的合成策略图片来源:J. Am. Chem. Soc.)

trans-Hydrindane的构筑一直是合成的难点和挑战,为完成(–)-Retigeranic acid A的合成,作者期望从线性前体11出发,通过底物诱导的Prins环化实现连续两个立体中心和一个C-C键构筑,经过实验条件的筛选和优化,在AlCl3, K2CO3催化体系下实现化合物10的合成,经还原和溴代一锅完成化合物14的合成。随后的烷基化遇到了极大的挑战,在一系列碱性条件下底物10发生了Grob碎裂化和氧烷基化,最终通过筛选反应条件,作者发现CeCl3作为添加剂可顺利得到α-烷基化产物,同时加入PhNTf2即可完成三氟甲磺酸酯6的合成,产率57%。

化合物5和化合物6通过NHK偶联,DMP氧化得到化合物4。随后,作者尝试MHAT介导的Baldwin-disfavored 5-exo-trig环化反应构筑C环和相邻的连续季碳中心,经条件筛选,仅得到C-2位差向异构体15a/b。为阐明15a/b生成的机理,作者对自由基中间体Int-3、Int-1515a/b3的几何构象进行DFT计算分析(图 4),发现Int-15的能量比Int-3低1.5 kcal/mol,表明此过程极难生成构型正确的化合物3

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图 4. 对15a/b生成的DFT计算推测图片来源:J. Am. Chem. Soc.)

因后期C-2位立体中心调整是合成(–)-Retigeranic acid A的关键,化合物15消除两个手性 (C-2和C-12)得到酮16,炔基锂加成、消除及Au(PPh3)OTf催化水合生成酮17。最终烯醚化,O3氧化生成α-羟基酮,Pb(OAc)4氧化切断合成羧酸18。参考Paul Wender的工作(Tetrahedron Lett. 199031, 2517)利用Pd/C催化氢化,获得了(–)-Retigeranic acid A及其异构体1a20a/b (1:0.7:1.7)。作者发现异构体1a, 20a20b分别在Pd/C催化氢化条件下,可再次得到11a20a/b混合物(图 5),推测其转化经历TS-1/TS-2的π-烯丙基钯历程,最终作者通过异构体的循环差向异构化提高了Retigeranic acid A的合成效率。

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图5. 化合物181a20a20b的氢化过程推测图片来源:J. Am. Chem. Soc.)  

总结

兰大陈小明团队和王少华团队合作,通过汇聚策略,从手性源底物出发经Prins环化构筑AB环;Conia-ene反应构筑DE环;Fe -催化(HAT)Baldwin-disfavored 5-exo-trig自由基环化构筑C环,最后引入C-22位羧基完成(–)-Retigeranic acid A的合成,相关工作得到国家自然科学基金、甘肃省基金和中央高校基金的支持,成果发表于J. Am. Chem. Soc.(doi.org/10.1021/jacs.3c04850)。硕士研究生姚维东为论文第一作者,兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室、化学化工学院为论文第一完成单位。 

文献详情:

Xiaoming Chen*, Weidog Yao, Hufeng Zheng, Hongyu Wang, Pan-Pan Zhou, Dao-Yong Zhu, and Shao-Hua Wang* Enantiocontrolled Total Synthesis of (−)-Retigeranic Acid A. J. Am. Chem. Soc. 2023doi.org/10.1021/jacs.3c04850


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