JACS：南方科技大学李闯创课题组完成Bufospirostenin A的不对称全合成

 

Bufospirostenin A（1，Fig. 1）是由叶文才等人于2017年从蟾蜍（Bufo bufo gargarizans）中分离得到的罕见甾体天然产物。在生物学上，1具有作用于心脏的活性，可以通过抑制Na/K ATP酶（NKA）来促进血液循环。然而，由于其自然来源相对缺乏，阻碍了对其生物学活性的进一步评估。在结构上，bufospirostenin A包含史无前例且空间拥挤的[5-7-6-5-5-6]六环骨架，并且是首个含有重排A/B环体系而非十氢化萘体系的螺旋甾烷醇。特别是，bufospirostenin A在E/F环含有一个螺环中心，给其全合成带来了巨大的挑战。

 

值得注意的是，在其他天然产物（如化合物2-5）中也发现了具有合成挑战性的[5-7-6-5]四环体系。然而，关于这种[5-7-6-5]四环体系的合成方法报道很少，需要开发一种可以有效合成该目标结构的合成策略。目前，bufospirostenin A的全合成尚未报道。近日，南方科技大学李闯创教授课题组基于分子内铑催化的烷氧基丙二烯炔的Pauson-Khand反应完成了bufospirostenin A（1）的首次不对称全合成，该成果发表于近期J. Am. Chem. Soc.（DOI: 10.1021/jacs.0c05479）。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

Bufospirostenin A的逆合成分析（Scheme 1）：作者认为目标产物1可以由7与锂试剂6通过1,2-加成和非对映选择性形成螺环缩酮得到；而五环母核7可以由8通过一系列官能团转化产生，包括内酯的引入和几个手性中心的不对称构建。中间体8的[5-7-6-5]四环体系由9通过烷氧基丙二烯炔的分子内Pauson-Khand反应构建，但该方法在天然产物全合成中的应用尚无报道。最后，化合物9可以由易得的烯酮10、碘代物11和锂试剂12通过烷基化和1,2-加成制备。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

化合物9的不对称合成（Scheme 2）：首先，利用碘化物11在10的羰基α位进行C-烷基化产生烯酮，其经1,4-还原得到酮13，然后脱除乙缩醛保护基。在Ohira-Bestmann试剂14存在下，对醛进行Seyferth-Gilbert同系化处理得到化合物15。随后，用丙二烯12a的锂试剂12处理15，得到不稳定的化合物9，为C9-非对映异构体混合物（2:1 dr），这是分子内Pauson-Khand反应的前体。

 

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

经过广泛的条件优化，在[RhCl(CO)₂]₂（5 mol%）催化下，作者实现了9的分子内Pauson-Khand反应，高效构建出高度官能团化的[5-7-6-5]四环母核8，并通过单晶X射线衍射确定了C9-非对映异构体8a（α-OH）和8b（β-OH）（1:2 dr，Fig. 2）。随后，作者将注意力转向A/B环中手性中心（如C1、C3和C9）的构建。用BF₃·Et₂O处理8得到三烯16，将其三取代的C9-C11烯烃和四取代的C1-C10烯烃进行化学和非对映选择性氢化得到预期化合物，其中缺电子的三取代C4-C5双键和苄基得到保留。该化合物再经DIBAL还原得到烯酮17，其经MOM保护后，再经“一锅”法Mukaiyama水合得到18。然后，18脱除苄基，进行PDC氧化得到化合物19，从而得到合成bufogargarizin B的高级中间体。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

在得到化合物19后，作者尝试进行bufospirostenin A的全合成（Scheme 3）。当用MeLi或MeMgBr对19的C10酮羰基进行直接甲基化时得到非预期立体化学的C10羟基。随后，作者将C10酮羰基进行Peterson烯化、脱除TBS得到20，其经DMP氧化、C5羟基保护和“一锅”法不对称Mukaiyama水合生成21，其结构通过单晶X射线确证（Figure 2）。用MOM保护21的C10叔羟基后进行HWE烯化，并在C20位非对映选择性引入甲基得到23。接下来，将23进行不对称硼氢化氧化和乙酯还原得到二醇，再经“一锅”法DMP氧化、Pinnick氧化和酯化反应得到甲酯24，其酮羰基经选择性还原、脱保护得到内酯25。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

 

接下来，化合物25经SOCl₂和吡啶/DCM处理发生消除构建出C5-C6双键后，用26的锂试剂处理，然后酸化进行螺环化和脱保护得到bufospirostenin A（1）。1的结构和绝对构型通过单晶X射线衍射确证，并且其¹H和¹³C NMR与天然产物完全一致，但旋光表现出不同{合成样品：[α]²⁷_D=-30（c=0.1，MeOH）；天然样品：[α]²⁷_D=+54（c=0.1，MeOH）}。基于上述结果，作者对bufospirostenin A的比旋度进行了修正。

 

完成bufospirostenin A（1，>50 mg）的合成后，作者进一步探索其生物学活性。基于Bufo bufo gargarizans的药用以及类似甾体和bufadienolides的抗炎作用，作者用转基因斑马鱼系Tg（MPO：GFP）评估了1的体内抗炎活性，发现在CuSO₄、尾部损伤或LPS诱导的斑马鱼急性炎症模型中，化合物1（2.5-10 µM）显著降低了炎症部位的中性粒细胞数量。

结语：

李闯创课题组基于分子内铑催化的烷氧基丙二烯炔的Pauson-Khand反应构建出天然产物中具有挑战性的含11个手性中心的[5-7-6-5]四环骨架（其中包含10个连续手性中心），并最终完成了bufospirostenin A（1）的首次不对称全合成。