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【有机化学】三个Herquline的全合成 -- Baran,Wood,Schindler

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关注有机化学方向文献的同学应该会注意到,在2018年年底到2019年年初的几个月间,在JACS上出现了三篇目标完全相同的完全合成文章。分别来自于John Wood (Baylor), Phil Baran (Scripps), 和Corinna Schindler (UMich) 的小组,这三篇文章讲述了他们分别对于Herquline B 和C 全合成的研究。本文将对这三篇文章进行一些分析。对于一些少见的反应也有讲解,常见的反应我回简单的说一下名字或是机理,剩下的留给读者思考。有意思的一些地方我也会点出或是会留给读者思考


IP属地:美国1楼2019-07-19 11:43回复
    在开始全合成的分析之前,我们先看一下HerqulineB和C到底是什么。在1979年和1996年,HerqulineA 和B被日本的Omura组从土壤样本中被分离出来,两种物质都被发现可以抑制血小板的凝聚,同时Herquline A还对于流感病毒的复制有抑制作用。对于Herquline A,X-Ray结构被确定,所以立体化学被完全解决。
    但是对于Herquline B,具体的结构一直没有被确定,尤其是C11和C11a两个碳原子的立体化学成为了历史遗留问题。在2016年,Tang对于“herquline B”的生物合成做了研究,并把“herquline B”的绝对立体化学确定了。我们马上就会看到,在John Wood的研究中,这个“herquline B”并不是真正的herquline B,而是一种在弱碱性条件下可以转化为herquline B的一种新的Herquline – Herquline C。三种Herquline的结构如下(来自Corinna Schindler的文章)。在生物中,几种herquline都是以酪氨酸为起点合成的。大家从直接观察分子的结构也可以看出,Herquline都是两个酪氨酸分子被连接然后还原的产物。

    三篇文章:JACS 2019 141 29-32
    JACS 2019 141 25-28
    JACS 2019 141 3409-3413


    IP属地:美国2楼2019-07-19 11:45
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      首先我们看Baran的,因为他的路程最短,同时也可以展示在Herquline的全合成上的挑战,有助于理解Wood和Schindler所采用的相对不那么直接的路线。
      Baran的全合成路线如下

      Baran的逆合成分析紧贴生物合成的路线,最后把Herquline拆成两个酪氨酸。基本上这条线路就是先把酪氨酸连起来,然后看看怎么才能还原成最终产物(肯定试验了很多不同的步骤顺序)。所以,两个酪氨酸分子之间用经典肽键形成反应HATU在碱的帮助下相连。下一步是二酮哌嗪(Diketopiperazine,DKP) 核心的合成。引用一个1981年的论文,Baran组用酸催化了这个反应,不难想象酸是如何去保护了Boc基团同时引导一个氨对另一个酰基的进攻。
      下一步一个关键的反应,两个芳基的Suzuki偶联。最常见的交叉偶联反应当然是一个亲和部分和一个亲电部分的连接,但是这次,想要连接两个碘化苯,有几种可能的解决方案,一种是Ullmann类型的还原偶联,或是先将其中的一个转化为亲核基团。幸运的是,类似的反应在非常相似的情况下已经被优化了(具体的说,是在Schindler组和其他一个组之前的Mycocyclosin的合成中,类似的反应已经被使用了,而Schindler的文章中也提到,这是她尝试合成Herquline的一大动力)。所以,在同一步内,通过混合Pd催化剂和B2Pin2,Baran组实现了Miyaura Borylation (宫浦硼基化,将一个碘转变成硼酸/酯)和Suzuki Coupling(铃木偶联)。


      IP属地:美国3楼2019-07-19 11:48
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        到此为止,所有的最终自然产物中的碳原子都已经被集齐了,剩下的就是对于DKP和两个苯环的还原了。我们知道,对于苯环的常见还原反应除了选择性极差的催化加氢(常常不能停留在烯烃),就只剩下Birch还原了。对于DKP的还原看似只是对于两个氨基的还原,但是挑战也是存在的。Baran组,经过反复试验,确定了最终的还原的顺序。首先,第一个Birch反应,使用Li和TFE(三氟乙醇),还原了其中的一个苯环。三氟乙醇是多种尝试过的醇中,唯一一个给出正确的区域选择性的质子来源(其他的给出另一种区域异构体,双键在现在苯环单键的位置,或是根本就没有反应)。更奇怪的是,反应的区域选择性还和DKP上的取代基有关系。


        IP属地:美国4楼2019-07-19 11:49
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          接下来对于DKP的还原,Baran组尝试的多种负氢还原剂都不能很好地还原这个DKP(一团糟的产物,或是只有一个羰基被还原)。最后,有机金属化学“三个B”之一的Brookhart和天才中国学生 Chen Cheng报道的Ir-催化的硅烷还原反应成为了最好的反应条件。这个反应有兴趣的读者可以自己尝试画一下反应机理。提示:反应负氢来源于[Ir]-H。


          IP属地:美国5楼2019-07-19 11:49
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            IP属地:美国6楼2019-07-19 11:50
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              有人可能会想,如果首先还原DKP会出现什么呢?经试验,直接在第三步的产物上进行Brookhart的还原会产生不稳定的中间体。

              下一步就是对最后一个苯环的还原了。经过多次尝试之后,在第五步的产物上直接进行还原被证明非常费劲。直接Birch还原会导致对于已经被还原的苯环上的双键被继续还原。事实是,对于联苯的Birch还原,很少能保证对于两个苯环平均的还原。

              最后,Baran组决定先用Glycol保护替换掉MethylEnol Ether 的保护,这样可以去掉一个双键,同时减小分子内的张力。果然,这下Birch可以如愿进行了,但是这也是一个特别具体的条件:tBuOH必须被使用,否则又是一团糟的东西。。。
              在酸性条件下,两个酮的保护基被去掉,在碱性条件下,Herquline C被转变成herquline B。到此,Baran的合成全部结束。


              IP属地:美国7楼2019-07-19 11:52
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                喜翻儿


                IP属地:北京8楼2019-07-19 12:35
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                  前排支持


                  IP属地:广东来自iPhone客户端9楼2019-07-19 14:13
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                    John Wood,身为Brian Stoltz和Sarah Reisman的老师,实力还是相当可以的。
                    他的文章其实是最先被接受的。他的合成线路如下(JACS,2019, 141, 25-28)




                    IP属地:美国10楼2019-07-19 14:20
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                      可以看出,Wood教授也作出了类似Baran的逆合成分析,将分子拆成两个酪氨酸。首先,两个酪氨酸同样是在HBTU和碱的作用下被连起来。和Baran不同的是,Wood选择了先连起两个苯环,将他们还原,然后再合成DKP的顺序。这主要是因为Wood看到了很多之前尝试合成Herquline的人在DKP被合成之后再芳环的还原上有很大的问题。确实,因为Herquline内分子的张力非常大,而在这样复杂的条件下,连LAH的还原都没法保证,更别说Birch还原了(Baran组也确实遇到了这样的问题,但是他们是Baran组,所以。。。)。
                      同样的,Miyaura-SuzukiCoupling将两个芳环连起来,和Baran的基本条件都一样。
                      然后我们注意一下Wood是怎么构建左边这个还原的苯环的结构的。首先,PIDA对于苯环进行一个氧化形成10。PIDA就是二乙酸碘苯,常用作酚的氧化。紧接着,L-selectride做一个1,4还原,SmI2还原踢掉甲氧基。值得一提的是,这个SmI2还原给出了正确的立体化学,而这时完全没有被预测的,所以是全靠运气lol。到此,这个六元环的不饱和和氧化结构被实现。


                      IP属地:美国11楼2019-07-19 14:22
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                        这时,Wood以为自己得到了Herquline B。确实,这个分子和Tang所报道的”Herquline B”一切数据都一致。现在我们需要注意,Wood一开始合成的目标是Herquline A。他们注意到Tang报道了这个”Herquline B”可以再弱碱条件下自发转化成Herquline A. 跟着Tang所报道的步骤,在pH8.0下,Wood组观察到了新的产物,但不幸的是,这并不是Herquline A。
                        这时,他们却发现Tang的”Herquline B”数据和他们自己的数据虽然一致,但是并不能和Omura的天然产物吻合。。。但是幸运的是,在pH8.0下所观测到的产物和Omura所报道的Herquline B一致。于是,Wood最终解释了Tang和Omura的数据的出入(有兴趣的可以自己看Wood的论文,主要是因为Herquline A 和B在HPLC上有非常相似的表现,导致Tang没有分清),并成功的确定了Herquline B的结构,而Tang所分离的,其实是一种新的Herquline,Herquline C
                        总体看下来,Wood的合成没有Baran那么直接,而Baran肯定不会接受自己的学生做出像Wood这样的合成。毕竟又是氧化又是还原,上下波动太大。不过确实,少了很多对于一个瓶颈步骤的反复尝试,在总体流畅性和学生的合成体验上可能比Baran的学生好很多。。。


                        IP属地:美国13楼2019-07-19 14:26
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                          最后我们来看Schindler的合成。Corinna Schindler是密歇根大学安娜堡分校的教授,前几年曾经在羰基-烯烃复分解反应尚有不小的突破,这次挑战全合成,可以说主要是因为早期在Mycocyclosin合成上的成功。另外,她丈夫是Corey Stephenson,Photoredox有机催化的开创者之一...
                          总体来看,她的合成和Baran的思路很相似,但是有意思的是,她的合成中出现了连续三部和Wood合成中的完全一样的反应。由于大家已经看了两个合成了,我就挑几个有意思的反应来讲就行了。


                          IP属地:美国14楼2019-07-19 14:29
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                            首先我们看到前四步大家应该没有任何问题理解了。第五步还是有点意思的。如果说BCl3你可能会想到是用来去掉醇的甲基保护基的,但是在这里它被用来去掉了一个苄基保护基。
                            接下来三步,反正我看到的时候是笑了,和John Wood对于这个环的处理完全一样。。对于DKP的还原也是一个相当厉害的反应,堪比Brookhart的那个。机理上应该相似,原作的论文也没有很多机理的研究。
                            剩下的,Schindler要做Birch还原了!但是她的运气好像比Wood和Baran都差多了。

                            这真是太糟糕了。他们在23和25上都不能理想的进行Birch还原。。。未保护的酮会被直接还原,同时注意25和Baran的12号中间体只差了一个氮原子上的苄基。另外Schindler组好像从来就不想用Li来做还原。我没想明白这是为啥,为啥25不还原,为啥他们不用Li,所以如果有人能想明白,我愿意听听。


                            IP属地:美国15楼2019-07-19 14:31
                            收起回复
                              但是他们想出来的解决方案也是不错的。他们认为,如果有一个能在近距离提供质子的基团,这个想法在之前也有人展示过(J.Chem. Soc. Chem. Commun, 1982, 1206)


                              于是,NaBH4的还原给出24,成功的Birch还原给出31. 去保护,然后Swern氧化,去苄基之后给出了Herquline C。


                              IP属地:美国16楼2019-07-19 14:31
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