橋環體系廣泛存在于活性天然產物或藥物中(圖1)。具有橋環體系的天然產物,一直是全合成領域中極具挑戰性的一大類目標分子。具有復雜橋環體系的明星分子并已經成藥的天然產物有:紫杉醇(Taxol)與巨大戟醇甲基丁烯酸酯(Ingenol mebutate)。其中,紫杉醇具有雙環[5.3.1]橋環體系,是已發現的最優秀的天然抗癌藥物之一,在臨床上已經廣泛用于乳腺癌、卵巢癌和部分頭頸癌和肺癌的治療。巨大戟醇(Ingenol)具有雙環[4.4.1]橋環體系,其衍生類似物Picato(ingenol mebutate)在臨床上已經用于日光性角化病的局部治療。由于橋環天然產物具有廣泛和重要的生理活性,其相關的全合成研究一直是合成化學家持續關注的焦點,但是橋環體系的環張力普遍較高,其合成難度相對于并環體系更具有合成挑戰性。文獻中鮮有關于一步直接合成橋環體系的高效通用合成方法的報道。
圖1. 具有橋環體系的代表性天然產物(圖片來源:Acc. Chem. Res.)
發展高效通用的合成方法來構建橋環體系,是合成化學領域長期以來充滿挑戰性的科學難題之一。南科大李闖創團隊于2014年首次發展了Type II [5+2]環加成反應,該獨特反應對于構建高度官能團化的雙環[m.n.1]橋環體系具有良好的普適性,而且為高效的構建橋頭雙鍵提供了一條簡便的合成策略(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1745)。該團隊經過數年的不懈研究,發現該方法學的反應前體易得,且具有獨特的非對映選擇性,而這些特性對于復雜橋環天然產物的全合成研究極其重要。近幾年來,該團隊采用Type II [5+2]環加成反應作為關鍵策略,相繼攻克了數個合成挑戰度很高的活性天然產物;例如,2018年4月,在國際上首次完成了具有雙環[4.4.1]橋環體系的甾體天然產物Cyclocitrinol的不對稱全合成(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 5365);2019年2月,首次完成了具有獨特的雙環[4.4.1]橋環體系和乙烯基環丙烷片段的活性二倍半萜類天然產物Cerorubenic acid-III的不對稱全合成(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 2872);2019年9月,完成了具有雙環[5.3.1]橋環體系的明星二萜分子Vinigrol的高效不對稱全合成,為該分子合成歷史上最短的合成路線(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 15773)。
圖2. Type II [5+2]環加成在橋環天然產物全合成中的應用(圖片來源:Acc. Chem. Res.)
圖3. Cyclocitrinol的不對稱全合成(圖片來源:Acc. Chem. Res.)
圖4. Cerorubenic acid-III的不對稱全合成(圖片來源:Acc. Chem. Res.)
圖5. Vinigrol的高效不對稱全合成(圖片來源:Acc. Chem. Res.)
總結:李闖創團隊首次發展的Type II [5+2]反應,頗具特色,為橋環體系與橋頭雙鍵的快速構建提供了一個新策略,其團隊利用此獨特反應已經完成了若干復雜橋環天然產物的高效全合成。
原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.accounts.9b00640
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撰稿人:詩路化語
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