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五邑大學Org. Lett.:(+)-Peniciketal B的全合成

來源:化學加原創      2023-11-28
導讀:近日,五邑大學馬愛軍、彭金寶團隊以市售原料阿徹瑞克酸(atraric acid)、丙烯酰氯和(+)-高烯丙醇為原料,以匯聚式合成策略,經15步高效合成了(+)-Peniciketal B。該方法非常簡潔,關鍵策略為FeCl3介導的α, β-不飽和酮和取代苯酚的串聯分子間路易斯酸催化的邁克爾反應/α, β-不飽和酮與取代萘酚的雙環縮酮化反應,以此構建苯并稠合的2,8-二氧雜雙環[3.3.1]壬烷,具有優異的非對映選擇性。而苯并的環化[6,6]螺縮酮是通過后期酸催化螺縮酮化構建的。文章鏈接DOI:10.1021/acs.orglett.3c03472。

正文

Peniciketal A-C(1-3)于2014年首次從真菌Penicillium raistrickii中分離獲得。這些化合物具有共同的苯環、苯并環化的6,6-或6,5-螺縮酮環系統和2,8-二氧雜雙環[3.3.1]壬烷部分,其絕對構型通過單晶X-射線衍射分析確定(圖1)。這些結構在天然產物中并不常見,具有挑戰性的骨架。Peniciketals對A549、HL-60和 K562癌細胞系表現出潛在的細胞毒性(IC50值分別為0.31、0.085和0.23 μM)。下載化學加APP到你手機,更加方便,更多收獲。

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圖1. Peniciketals的結構

圖片來源:Org. Lett.

由于其有趣的結構和生物活性,Peniciketals引起了有機化學家和生物科學家的廣泛關注。然而,直到2021年,Amos B. Smith III課題組才首次報道了(+)-Peniciketal A和B的全合成,作者應用了三組分I型陰離子接力化學策略構建苯并環[6,6]螺縮酮結構以及他們開發的光異構化/環化聯合方案構建復雜的苯并稠合2,8-二氧雜雙環[3.3.1]壬烷骨架。盡管取得了重大進展,但通過異頭效應穩定的苯環化[6,6]螺縮酮片段在酸性條件下或多或少不穩定,這可能使后續合成更具挑戰性。開發一種匯聚且有效的Peniciketal合成方法,包括螺縮酮的后期構建,對于加速合成和生物活性研究是非常必要的。

馬愛軍團隊長期致力于高效合成結構獨特的螺縮酮天然產物。在此,他們報道了(+)-Peniciketal B (2)的簡明不對稱全合成。逆合成分析如圖2所示。首先,注意到(+)-Peniciketal B (2)的結構似乎包含了兩分子化合物8的大部分結構。(+)-Peniciketal B (2)可由前體二羥基酮4通過酸催化螺環化反應生成。前體4可以通過5的內酯開環來構建。5中的苯并稠合2,8-二氧雜雙環[3.3.1]壬烷結構可以通過86的串聯分子間酸催化的連續Michael加成/雙環化直接形成。然而,這種在天然產物合成中安裝高度功能化片段的應用鮮有報道。這些因素使得68所需的串聯反應極具挑戰性。化合物8手性起始原料(+)-高烯丙醇制備。

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圖2. Peniciketal B的逆合成分析
圖片來源:Org. Lett.

有了前體68,作者探索了關鍵的分子間催化劑控制的串聯Michael-型反應/雙環化過程。從模擬底物 2-萘酚S6aS8a 開始,考慮到關鍵過程包括三個步驟(Michael-型反應、脫硅基化和縮酮化),首先篩選了一系列Lewis酸以找到有前景的催化劑。當使用Fe(OTf)3作為催化劑,DCE作為溶劑,成功獲得了所需的產物5aa,收率75%。其他Lewis酸導致產率較低或僅得到痕量的產物。FeCl的產率最高,為81%,同時反應時間更短。在對不同的Br?nsted酸進行簡單篩選后,只有TsOH·H2O能以52%的產率得到所需的產物5aa這一關鍵串聯過程是在室溫空氣下完成的。

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圖3. 關鍵反應條件優化
圖片來源:Org. Lett.

有了最佳反應條件,作者通過使用不同的底物形成各種苯并稠合2,8-二氧雜雙環[3.3.1]壬烷結構來考察該策略的通用性,如圖4中總結的,取代的αβ-不飽和羰基化合物和萘,在苯環上的不同位置上具有給電子基(5aa-5af5ea-5ga)和吸電子基(5ag-5aj5ba-5da),得到所需的苯并-稠合2,8-二氧雜雙環[3.3.1]壬烷產物,產率中等至良好。通過單晶確證了5ag的相對構型。還可以耐受環丙烷取代的不飽和羰基,得到相應的產物,產率為89% (5ak)。此外,4-羥基香豆素和1,3-環己二酮也具有耐受性,并分別以48%和46%的產率提供了所需的化合物5ha5ia

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圖4. 底物范圍
圖片來源:Org. Lett.

受到這些結果的鼓舞,特別是5fa5ha的成功合成,作者將該反應擴展到更具挑戰性的化合物5的合成,該化合物具有苯并稠合的2,8-二氧雜雙環[3.3.1]壬烷部分。首先,從中間體8的不對稱合成開始。化合物8是由Smith中間體通過TBS保護制備的。通過氫化8得到酮7,產率98%。然后,用氫化鈉的THF溶液處理化合物7,得到取代的異香豆素6,產率95%。在標準條件下,68反應,以 4:1 dr獲得了5,分離收率為64%(基于回收的6為88%)。8的高烯丙基OTBS基團導致si-面進攻是有利的方式。值得一提的是,在此步驟中同時脫除了兩個TBS基。

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圖5. 化合物5的合成

圖片來源:Org. Lett.

完成關鍵的串聯反應后,繼續完成(+)-Peniciketal B (2)的合成(圖6)。從中間體 5開始,最初的努力旨在還原內酯羰基以得到苯并吡喃。然而,在嘗試許多還原條件后都沒有順利得到期望的產物。作者將注意力轉向內酯的還原開環。發現苯酚的保護在這種轉變中是必要的。因此,5的酚羥基的用MOM保護以76%的產率得到化合物12,當在0 °C的THF中使用Red-Al時,內酯環迅速還原為所需的酮13,產率為70%。因此,脫去13的TBS基團得到前體4,收率94%。獲得關鍵前體4后,接下來就是苯并環化[6,6]螺縮酮的構建。在考察了一系列酸后,發現在乙酸乙酯中用對甲苯磺酸處理4生成了苯并環化的[6,6]螺縮酮,直接TBS保護,通過兩步獲得了Smith中間體14,產率為78%。最后,根據文獻報道,通過三步將螺酮縮醛14輕松轉化為(+)-Peniciketal B (2),合成樣品的所有數據與文獻報道一致。

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圖6. (+)-Peniciketal B的全合成
圖片來源:Org. Lett.

總結

馬愛軍、彭金寶團隊成功地完成了(+)-Peniciketal B不對稱全合成。合成策略采用聯分子間酸促進的Michael-型反應/縮酮化方案,用于構建苯并稠合2,8-二氧雜雙環[3.3.1]壬烷核心。這項工作為(+)-Peniciketal B提供了一種簡明的不對稱合成策略,為相關化合物的多樣性合成及生物活性研究提供了重要基礎

文獻詳情:

Shan-ShanLi,? Li-Li Zhao,? Min Pan, Na Feng, Bao-Qiong Li, Xiang-Zhi Zhang, Jin-Bao Peng,* and Ai-Jun Ma*. Total Synthesis of (+)-Peniciketal B. Org. Lett2023, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.orglett.3c03472

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