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天然龙血树酮的合成及构型2021-03-02
摘要

  首次以对映纯形式合成了几种龙脑烯酮。使用Evans醛醇缩合或手性氧化剂介导的不对称环氧化,在C-7的关键手性中心安装了明确的立体化学,同时在PIFA / PTA条件下实现了关键的氧化偶联。合成样品和天然样品的旋光度比较明确确定天然龙脑烯酮的绝对构型。

文章介绍

  龙脑烯酮是一组具有不常见的同型异芳烷骨架的桥连化合物。该家族中第一个已知的是caesalpin J(图1,其相对构型是由其三乙酸酯的X射线晶体分析确定的),于1985年由Nohara和他的同事从Caealpinia sappan L.的干燥心材中分离得到。此后不久,Cordell报道了密切相关的2和3(均从龙血树中分离到)。然后,在该天然产物家族的所有后续出版物中都引入并采用了龙脑烯酮这个名字。

图1. 1(caesalpin J)、2、3、4、5(epicaesalpin J)和6的结构,以及从参考文献2中采用的原子编号系统。

  根据对CD数据的分析(使用八区率法则),Cordell还提出了2和3的绝对构型,如图1所示。由于1的旋光符号与2和3的旋光符号相反,因此1的桥系统的绝对构型应与2和3的旋光符号相反。值得注意的是,化合物2也是从D. cochinchinensis的树脂中分离得到的。但是,据报道旋光度为+0.51(c 0.4,MeOH),与Cordell报告的数据([α] D-411(c 0.0258,MeOH))不同。

化合物4从D. cochinchinensis的新鲜茎中分离得到,其结构和相对构型根据光谱数据确定。通过将旋光符号与1-3的旋光符号进行比较,得出绝对构型。

化合物5和6通过从Caesalpinia sappan L.的心材中分离。5的NMR数据与1的非常相似。借助2D NOE数据,化合物5为1的C-13差向异构体。同样,根据NMR与6和3的高度相似性推导6的结构。在这两种情况下,均通过将旋光度与1-3的旋光度进行比较来确定绝对构型。虽然这些天然龙脑烯酮的总体结构和相对构型的分配似乎完美,绝对配置毫无疑问:八分法则最初是为环己酮系统建立的,只有很少数量的已知半醌系统先例。此外,1和3并非完全互为镜像。因此,通过将其光学旋转的符号与3的光学旋转的符号进行比较来分配1的桥系统的配置并不能真正令人信服。C-13的手性中心的贡献不容忽视。为了验证龙脑烯酮的绝对构型,我们进行了以下描述的合成。

桥环的构建显然是整个龙脑烯酮合成的关键步骤。一项文献调查显示,唯一的先例(方案1)是1980年代后期Cordell报道的,依靠TTFA介导的氧化偶联在两个季碳原子之间构建C-C键。尽管产量并不十分令人满意(12-37%),但由于缺乏其他现有选择,我们不得不首先研究该方案。

方案1.桥环系统的构建

  如表1所示,TTFA条件显然不适用于基材。幸运的是,如果以适当的形式保护酚类OH,Kita及其同事用PITA / PTA9条件广泛合成其他环系统,结果是令人满意的(表1)。

表1.化合物8的合成结果

  在确保关键步骤安全的情况下,我们接下来执行方案2中所示的对映选择性全合成。9与10的Evans aldol的缩合反应还原性裂解和甲苯磺酰化,得到11。用n-Bu4NF除去TBS基团同时醚化,得到12。12的直接脱氧完全失败。但是,通过用Et3SiH / TFA处理,然后进行皂化和甲基化,可以将其双乙酸盐(13)转化为15。最后,PIFA / PTA介导的环化和OMe基团的裂解提供了最终产品ent-4。

方案2. ent-4的合成

  值得注意的是,将12直接暴露于PIFA / PTA会导致17a和17b的1:1混合(方案3)。但是,由于只有17a可以被乙酰化和脱氧(导致相当低的总收率),所以该方法被放弃了。

方案3. 将12转换为16

  据报道,天然4的NMR和旋光度分别在CD3OD和MeOH中测定。但是,结果证明ent-4不溶于CD3OD或MeOH。我们测试了一系列常用的有机溶剂,发现只有DMSO(和DMSO-d6)可以溶解ent-4。

DMSO-d6中记录的ent-4的1 H和13 C NMR与天然4的完全一致,表明天然4的相应数据必须在DMSOd6中进行测量。在DMSO中ent-4的旋光度(c = 0.7)与天然4的旋光度相反,这大约是天然4旋光度的一半(稀释后略有增加,表2)。15的绝对构型由Evans缩合清楚地确定。因此,可以毫无疑问地得出结论,ent-4的绝对构型必须如图所示。因此, 4具有如图1所示的绝对构型。

表2. ent-4的旋光

  使用ent-9代替9作为起始原料,4也以类似的方式合成。

方案4概述了2的合成。使用与合成4相同的策略安装了关键的C-7立体中心。但是,在这种情况下,在形成苯并二氢呋喃环后,去除中间羟醛C-8上的多余OH不能令人满意(12-27%)。幸运的是,还原性去除手性助剂后立即进行脱氧被证明是可行的,这导致20%的收率达79%。甲苯磺酸和TBAF介导的去甲硅烷基化反应生成21,可直接转化为2个(但收率仅为12%)。用TBS或MOM保护21位酚羟基后进行氧化偶联,显著改善了桥环体系的形成,得到2(分别从22a到40%或从22b到62%),显示1 H和13 C NMR与天然2相同。

方案4. 化合物2的合成

  2的旋光度与天然2的原始旋光度2(-411(c 0.0248,MeOH))相同。但是,幅度实际上较小(小于自然2)。研究了[α] D(以ent-2为底物)时间依赖性,发现[α] D在c = 0.025时不会随时间变化很大。但是,在c = 0.4时,时间依赖性非常明显:样品溶液制备后立即测得的[α] D为-6.9。三分钟后,它变为+7.6。1小时后记录的数据增加到+100。因此Li和Hou报告的天然2的[α] D + 0.51(c0.4,MeOH)可以合理地解释。

如方案5所示,首先尝试合成5。将已知的23转化为Davis报道的25。用NaBH4在MeOH-THF中还原25生成26. C-13 OH的甲基化意外地由于同时形成28而复杂化。例如,用t-BuOK / MeI处理26既导致所需的29(42%),又导致不需要的28(34%)。使用NaHMDS / THF代替tBuOK / MeCN可获得相同的结果。将29转化为31是可行的(将28环化为30也很顺利)。但是,将31脱保护会形成复杂的混合物,而不是预期的5。

方案5. ent-6的合成

  在NaBH4/THF-TFA条件下成功将26转化为27。所得的27在暴露于PIFA/PTA时容易进行环化,在甲氧基裂解后,得到ent-6(天然6的对映体)。

通过使用MOM作为保护基团,可以避免31之后的甲氧基断裂的困难。如方案6所示,32碳原子的环氧化反应安装了C-7 OH(86%ee)。随后用NaBH4/THF-MeOH还原得到34。使用KOH(而不是t-BuOK)作为碱,可实现34的甲基化。因此获得了略微提高的选择性(即所需36的37%和35的28%,以及回收的34的16%,其可以再循环)。用PIFA / PTA处理36导致预期的37。最后,将37暴露于F3CCO2H得到所需的最终产物5,该产物的1H和13C NMR与天然5相同。

方案6. 5的合成

  测得5的旋光度(在MeOH中,c = 0.15)为[α] D = +312.7,与天然5的旋光度(+371)一致,因此可以明确地确定天然5的绝对构型。

总之,实现了几种龙脑烯酮的对映选择性全合成,其中关键的步骤是在PIFA / PTA条件下实现了桥环系统的构建(这在以前的合成中被证明比TTFA更好)。研究表明,苯环上的取代基对PIFA / PTA介导的桥环体系的构建具有至关重要的影响。这些基团在两个苯环上的不同组合可能导致完全不同的结果。因此,首次明确确定了这一系列天然产品的绝对构型。桥环上的甲氧基显示出对旋光性的影响很大,不仅影响幅度,而且影响符号。还观察到了其中某些化合物的旋光度的时间依赖性(在相对较高的浓度下,甚至符号可能会改变)。这些结果可能有助于理解文献中旋光度数据的差异,在某些情况下甚至可以防止绝对构型的错误分配。

原文信息

 本文于2019年1月9日发表于ACS旗下Organic Letters杂志。第一作者是Mei-Mei Li,通讯作者是Yikang Wu和Bo Liu。通讯单位为哈尔滨理工大学和中国科学院上海有机化学研究所。

原文链接:

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.orglett.8b03965

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