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Nat. Synth.:Nimbolide及其類似物的合成和活性研究

來源:化學(xué)加原創(chuàng)      2023-12-04
導(dǎo)讀:近日,美國德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心(The University of Texas Southwestern Medical Center)Yonghao Yu和秦天課題組通過后期偶聯(lián)策略實現(xiàn)了Nimbolide的匯聚式合成。該策略通過磺酰腙介導(dǎo)的醚化和自由基環(huán)化,使用含藥效團的合成砌塊和多樣化的腙結(jié)構(gòu)單元來實現(xiàn)Nimbolide及其類似物的模塊化合成。此外,作者利用此合成策略可以得到一系列Nimbolide類似物,并對其細胞毒性和PARP1捕獲活性進行了研究探索。相關(guān)成果發(fā)表在Nat. Synth.上,文章鏈接DOI:10.1038/s44160-023-00437-w。

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(圖片來源:Nat. Synth.

正文

Nimbolide是一種環(huán)seco-C檸檬苦素類天然產(chǎn)物,科學(xué)家們最近發(fā)現(xiàn)其可以抑制poly(ADP)-核糖基化(PARylation)依賴性泛素E3連接酶RNF114。在此過程中,它誘導(dǎo)PARP1和PAR依賴性DNA修復(fù)因子的“超捕獲”(supertrapping)。PARP1抑制劑部分通過PARP1捕獲機制重塑了生殖系BRCA1/2突變癌癥患者的治療。因此,實現(xiàn)Nimbolide類似物的模塊化合成為開發(fā)具有增強PARP1捕獲能力的癌癥治療藥物提供了機會。最近,美國德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心Yonghao Yu和秦天課題組通過后期偶聯(lián)策略實現(xiàn)了Nimbolide的收斂合成。該策略通過磺酰腙介導(dǎo)的醚化和自由基環(huán)化,使用含藥效團的合成砌塊和多樣化腙結(jié)構(gòu)單元來實現(xiàn)Nimbolide及其類似物的模塊化合成。此外,作者利用此策略實現(xiàn)了一系列Nimbolide類似物的合成,并對其進行了初步的細胞毒性和PARP1捕獲活性研究(Fig. 1)。下載化學(xué)加APP到你手機,更加方便,更多收獲。

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(圖片來源:Nat. Synth.

首先,作者使用松木酸(3步)或脫氫松木酸(5步),以大于350克的規(guī)模實現(xiàn)了已知酮砌塊12的構(gòu)建。隨后,12通過鈀催化的Saegusa氧化以及后續(xù)的雙羥化和TMS保護,以十克級規(guī)模得到了保護的二醇14,且為單一的非對映體。接下來,經(jīng)過充分的實驗嘗試,作者利用14實現(xiàn)了TFDO介導(dǎo)的C-H氧化,以53%的產(chǎn)率,克級規(guī)模實現(xiàn)了目標(biāo)C2酮15和C3酮16(產(chǎn)率11%)的混合物。緊接著,作者利用C2酮15通過一鍋Bamford-Stevens反應(yīng)以64%的產(chǎn)率實現(xiàn)烯烴17的合成。此外,使用C3酮16通過也可以通過類似的方式以66%的產(chǎn)率得到17。隨后,17通過連續(xù)的Wittig烯烴化、內(nèi)酯化以及SeO2-介導(dǎo)的烯丙基氧化和TMS脫保護得到10。且10的化學(xué)結(jié)構(gòu)通過X-射線單晶衍射得到了確證(Fig. 2a)。

接下來,作者利用3-呋喃甲醛25為起始原料構(gòu)建了連有端炔的酮27,并通過CBS還原以82%的產(chǎn)率,95%的ee得到相應(yīng)的手性醇。隨后作者通過對手性醇進行關(guān)鍵的Piv保護以及金催化的Rautenstrauch重排以63%的產(chǎn)率,85%的ee得到手性烯酮產(chǎn)物29。最后,手性烯酮29通過α-碘化(47%)以及將酮轉(zhuǎn)化為磺酰腙(68%)兩步得到磺酰腙產(chǎn)物11(Fig. 2b)。

在實現(xiàn)了1011兩個砌塊的合成后,作者探索了兩者之間的偶聯(lián)(Fig. 2c)。然而,包括SN2/SN2’取代以及過渡金屬介導(dǎo)的偶聯(lián)等策略均不能實現(xiàn)目標(biāo)醚鍵的構(gòu)建。經(jīng)過一系列篩選,作者最終通過磺酰腙介導(dǎo)的醚化分別以43%和31%的產(chǎn)率得到兩個非對映異構(gòu)體產(chǎn)物2223。醚化反應(yīng)的順利進行則為最后的環(huán)化步驟奠定了基礎(chǔ)。接下來作者通過模型研究來探索通過鐵氫化物介導(dǎo)的自由基原位取代來獲得所需的環(huán)化產(chǎn)物3637的可能性(Fig. 3a)。然而,此環(huán)化對10是不成功的。大量的實驗結(jié)果表明,只有在使用偶氮二異丁腈(AIBN)/三丁基錫氫(nBu3SnH)時形成了不需要的6-endo環(huán)化產(chǎn)物24。受文獻中報道的含氟溶劑在自由基環(huán)化中的有利作用所啟發(fā),作者在六氟苯中嘗試了AIBN/ nBu3SnH介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化,證明了會優(yōu)先生成5-exo環(huán)化產(chǎn)物而不是相應(yīng)的6-endo環(huán)化產(chǎn)物24(Fig. 2c)。而非對映異構(gòu)體23在相同的反應(yīng)條件下反應(yīng),僅觀察到了6-endo環(huán)化產(chǎn)物40(Fig. 3b)。值得注意的是,作者也對鈀介導(dǎo)的環(huán)化進行了研究(Fig. 3c)。然而,作者僅以71%的產(chǎn)率分離得到了通過連續(xù)5-exo/3-exo Heck反應(yīng)得到的產(chǎn)物41。 

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(圖片來源:Nat. Synth.

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(圖片來源:Nat. Synth.

在成功實現(xiàn)Nimbolide的制備后,作者又對其它相關(guān)的檸檬苦素天然產(chǎn)物進行制備(Fig. 4)。將Nimbolide 5在錳氫物種的作用下實現(xiàn)烯酮的還原,可以以64%的產(chǎn)率實現(xiàn)2,3-二氫Nimbolide 42的合成。將Nimbolide 5在甲醇鈉存在下實現(xiàn)內(nèi)酯開環(huán)可以以接近定量的產(chǎn)率得到6-deacetylnimbin 45。將Nimbolide 5在LiOH?H2O存在下60 oC反應(yīng),可以以64%的產(chǎn)率得到6-deacetylnimbinene產(chǎn)物43。最后,作者通過對4543進行乙酰化,可以分別以92%和95%的產(chǎn)率得到乙酰化的天然產(chǎn)物nimbin 46和nimbinene 44

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(圖片來源:Nat. Synth.

接下來,作者對合成出的Nimbolide及其類似物進行細胞毒性研究(Fig. 5)。實驗結(jié)果表明不含烯酮(42434461)或內(nèi)酯骨架(4546)的Nimbolide衍生物顯示出最小的細胞毒性(>10 μM),而含有A環(huán)和B環(huán)的合成中間體60顯示出可觀察到的細胞毒性。這些結(jié)果表明橫跨A環(huán)和B環(huán)的烯酮和內(nèi)酯對Nimbolide的活性至關(guān)重要。最后,作者探索了Nimbolide及其類似物的PARP1對DNA損傷位點的捕獲效率(Fig. 6)。實驗結(jié)果表明,與Nimbolide相比,其類似物6365表現(xiàn)出更強的PARP1捕獲活性。相比之下,化合物43并沒有觀察到PARP1捕獲。雖然化合物43與Nimbolide具有相似的化學(xué)骨架,但其缺乏烯酮部分。值得注意的是,作者在RNF114淘汰細胞中并沒有PARP1被捕獲。

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(圖片來源:Nat. Synth.

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(圖片來源:Nat. Synth.

總結(jié)

Yonghao Yu和秦天課題組聯(lián)合報道了通過后期偶聯(lián)策略實現(xiàn)Nimbolide及其類似物的收斂合成。作者通過磺酰腙介導(dǎo)的醚化和自由基環(huán)化作為關(guān)鍵步驟,實現(xiàn)了Nimbolide及其類似物的模塊化合成。初步研究表明,與Nimbolide相比,其類似物具有更好的PARP1捕獲活性。此外,結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系(SAR)探索表明Nimbolide類似物在治療BRCA-缺陷惡性腫瘤方面存在著一定的可能性。影響。 

文獻詳情:

Heping Deng, Hejun Deng, Chiho Kim, Peng Li, Xudong Wang, Yonghao Yu*, Tian Qin*. Synthesis of Nimbolide and its analogues and their application as poly(ADP-ribose) polymerase-1 trapping inducers. Nat. Synth.2023, https://doi.org/10.1038/s44160-023-00437-w

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