(−)-Quinocarcin (1)及其类似的天然产物如quinocarcinamide (2),tetrazomine (3),lemonomycin (4)是抗肿瘤四氢异喹啉生物碱的重要分支(图1)。它们的普遍结构特点是具有一个包含手性四氢异喹啉(AB环)-哌嗪环(C环)桥接吡咯烷(D环)的四环骨架。这类生物碱独特的多环结构和抗肿瘤活性引起了合成界的广泛兴趣。1988年,Fukuyama首次完成quinocarcin的外消旋合成后,多个课题组相继实现了其不对称(或形式上)全合成。但这些全合成步骤中由于较多使用保护基或手性辅助基,使得这些合成路线的总步数都在13-37步之间。
图1. 代表性的quinocarcin类生物碱 近日,厦门大学郑剑峰、黄培强团队报道了一种高效、简洁的合成策略实现quinocarcin的不对称全合成:他们首先发展了一种仲酰胺的不对称催化还原1,3-偶极环加成反应的方法学,然后应用该方法学为关键策略,一步构筑了quinocarcin中具有3个手性中心的吡咯烷(D环),从而以7步,5.6%总产率完成迄今为止最简洁的quinocarcin不对称全合成。 酰胺是一类便宜易得且性质稳定的化合物,在有机合成中被广泛用作原料、中间体和胺的保护形式。仲酰胺还是C-H键活化的重要导向基团。因此对酰胺进行化学选择性的转化,特别是立体选择性的转化具有重要的意义。厦门大学黄培强课题组长期致力于生物碱的不对称全合成和酰胺的还原官能团化。在该工作中,作者通过金属铱/铜接力催化,首次实现了仲酰胺的不对称还原1,3-偶极环加成反应,以高对映选择性合成exo-构型的系列手性吡咯烷(图2)。 图2. 仲酰胺的不对称催化还原1,3-偶极环加成反应 在(−)-quinocarcin的全合成中,作者从商品化的肟9出发,经Rh(III)催化C-H键活化/环化得到异喹啉酰胺8。再通过以上新发展的仲酰胺的不对称催化还原1,3-偶极环加成反应,完成具有3个手性中心的关键合成中间体吡咯烷ent-7a的对映选择性合成。对吡咯烷ent-7a进行吡咯烷的N-甲基化、异喹啉环上甲基氧化后得到异喹啉醛16。然后通过串联的醛基还原/异喹啉的立体选择性还原/内酰胺化完成quinocarcin核心骨架的构筑,得到酰胺18。最后通过叔酰胺的催化还原环化反应构筑噁唑烷环和叔丁酯水解等步骤,完成天然产物(−)-quinocarcin的不对称全合成。 图3 (−)-quinocarcin (1)的催化不对称全合成 综上,郑剑峰、黄培强团队发展了一条仅7步,5.6%总产率的quinocarcin不对称全合成路线。该路线以Rh(III)催化C-H键活化/环化,仲酰胺的不对称催化还原1,3-偶极环加成反应,立体选择性氢化/环化等串联反应为关键步骤。该合成方法有望广泛应用于其他quinocarcin类生物碱的合成。 论文信息 Concise Total Synthesis of (−)-Quinocarcin Enabled by Catalytic Enantioselective Reductive 1,3-Dipolar Cycloaddition of Secondary Amides Kan-Lei Ji, Shu-Fan He, Dong-Dong Xu, Wen-Xin He, Dr. Jian-Feng Zheng, Prof. Dr. Pei-Qiang Huang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202302832