Phương pháp tổng hợp mới cho sản phẩm tự nhiên Hypericum - Luận án tiến sĩ

Luận án tiến sĩ về phương pháp tổng hợp mới cho sản phẩm tự nhiên Hypericum. Nghiên cứu tổng hợp papuaforin B, hyperforin và các hợp chất phloroglucinol.

Trường ĐH

Iowa State University

Chuyên ngành

Organic Chemistry

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án

Năm xuất bản

Số trang

119

Thời gian đọc

18 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

40 Point

Tóm tắt nội dung

I. Tổng hợp sản phẩm tự nhiên Hypericum mới

Hypericum perforatum, hay còn gọi là cây Củ gà St. John, đã thu hút sự chú ý đáng kể trong lĩnh vực hóa học hữu cơ và dược phẩm. Cây này chứa một nhóm hợp chất đặc biệt gọi là polycyclic polyprenylated acylphloroglucinols (PPAPs). Các hợp chất này có cấu trúc phức tạp và hoạt tính sinh học đáng chú ý. Nghiên cứu tập trung vào việc phát triển phương pháp tổng hợp mới cho các sản phẩm thiên nhiên này. Mục tiêu chính là tạo ra quy trình tổng hợp hiệu quả hơn cho hyperforin, papuaforin B và các hợp chất liên quan. Các phương pháp tổng hợp hữu cơ hiện đại cho phép tiếp cận cấu trúc phức tạp một cách ngắn gọn hơn. Kiến thức thu được từ nghiên cứu này có thể áp dụng cho tổng hợp các chất tương tự. Điều này mở ra khả năng phát triển các lựa chọn điều trị lâm sàng có giá trị.

1.1. Hợp chất polyprenylated acylphloroglucinol PPAP

PPAPs là một họ hợp chất thiên nhiên đặc biệt từ họ Guttiferae. Các hợp chất này bao gồm hyperforin, nemorosone, garsubellin A và papuaforin B. Hyperforin được phân lập lần đầu năm 1971 từ Hypericum perforatum. Nemorosone là thành phần chính trong nhựa của các loài Clusia. Garsubellin A có cấu trúc tương tự hyperforin nhưng có thêm vòng 2,2-dimethyl-2H-pyran. Papuaforin B cũng thuộc nhóm PPAP với cấu trúc đa vòng phức tạp. Tất cả các hợp chất này đều có khung acylphloroglucinol đặc trưng với các nhóm prenyl.

1.2. Hoạt tính sinh học của Hypericum perforatum

Hypericum perforatum được sử dụng rộng rãi như một phương thuốc tự nhiên chống trầm cảm. Hyperforin được coi là thành phần chịu trách nhiệm cho hoạt tính chống trầm cảm. Hợp chất này ức chế hấp thu synaptosomal của nhiều chất dẫn truyền thần kinh. Các chất bao gồm serotonin, noradrenaline, dopamine, GABA và L-glutamate. Nồng độ IC50 chỉ là 1 μM cho thấy hiệu quả cao. Hyperforin cũng ức chế vi khuẩn Staphylococcus aureus kháng penicillin và methicillin. Nemorosone có hoạt tính kháng khuẩn, độc tế bào và chống oxi hóa.

1.3. Tiềm năng điều trị bệnh Alzheimer

Garsubellin A tăng cường hoạt động của choline acetyltransferase (ChAT) lên 154% ở nồng độ 10 μM. ChAT tham gia vào sinh tổng hợp chất dẫn truyền thần kinh acetylcholine (ACh). Bệnh Alzheimer liên quan đến sự thiếu hụt acetylcholine trong hệ thần kinh. Do đó, hoạt tính tăng cường ChAT của garsubellin A có tiềm năng phát triển liệu pháp hóa học. Cấu trúc của nó tương tự hyperforin với vòng 2,2-dimethyl-2H-pyran bổ sung. Vòng này có thể hình thành từ quá trình vòng hóa nhóm 3-methylbut-2-enyl với nhóm hydroxyl enolic.

II. Con đường sinh tổng hợp Hyperforin tự nhiên

Con đường sinh tổng hợp của hyperforin được đề xuất dựa trên các thí nghiệm đánh dấu đồng vị sớm. Quá trình này liên quan đến acylphloroglucinols và các phần isoprenoid. Phần acylphloroglucinol được tạo ra thông qua sinh tổng hợp kiểu polyketide. Quá trình bắt đầu với hai đơn vị pyruvate. Ngưng tụ malonyl-CoA và acyl-CoA tạo ra tetraketide. Tetraketide sau đó trải qua vòng hóa để tạo acylphloroglucinol. Quá trình prenyl hóa do enzyme xúc tác sử dụng prenyl pyrophosphate. Prenyl pyrophosphate được tạo ra từ con đường không qua mevalonate. Prenyl hóa và vòng hóa tiếp theo cung cấp hyperforin. Hiểu biết về con đường này giúp thiết kế tổng hợp toàn phần hiệu quả.

2.1. Giai đoạn hình thành acylphloroglucinol

Sinh tổng hợp acylphloroglucinol theo cơ chế polyketide. Hai đơn vị pyruvate là điểm khởi đầu của quá trình. Malonyl-CoA ngưng tụ với acyl-CoA tạo thành tetraketide. Tetraketide là tiền chất quan trọng cho vòng phloroglucinol. Quá trình vòng hóa tetraketide được xúc tác bởi enzyme đặc hiệu. Sản phẩm là acylphloroglucinol 5 với khung cơ bản. Khung này chứa ba nhóm hydroxyl và một nhóm acyl. Cấu trúc này là nền tảng cho các bước prenyl hóa tiếp theo.

2.2. Quá trình prenyl hóa do enzyme xúc tác

Prenyl pyrophosphate được tổng hợp từ con đường không qua mevalonate. Con đường này khác với con đường mevalonate cổ điển. Enzyme prenyl transferase xúc tác gắn nhóm prenyl vào acylphloroglucinol. Quá trình này tạo ra hợp chất 6 với một hoặc nhiều nhóm prenyl. Vị trí prenyl hóa được kiểm soát bởi đặc hiệu của enzyme. Prenyl hóa lần đầu xảy ra tại vị trí ưu tiên trên vòng phloroglucinol. Các lần prenyl hóa tiếp theo tạo nên cấu trúc polyprenylated đặc trưng.

2.3. Vòng hóa tạo thành cấu trúc Hyperforin

Sau khi prenyl hóa, các nhóm prenyl trải qua vòng hóa nội phân tử. Quá trình vòng hóa tạo ra các vòng bicyclo đặc trưng của hyperforin. Cơ chế vòng hóa có thể liên quan đến phản ứng điện tử vòng. Các enzyme đặc hiệu kiểm soát hình học và stereochemistry của sản phẩm. Kết quả là cấu trúc ba chiều phức tạp của hyperforin. Cấu trúc này chứa nhiều trung tâm chiral và vòng đa chiều. Hiểu biết về cơ chế này hướng dẫn thiết kế tổng hợp hữu cơ.

III. Phương pháp tổng hợp Papuaforin B hiện đại

Tổng hợp papuaforin B đặt ra thách thức đáng kể do cấu trúc phức tạp. Nghiên cứu tập trung vào phát triển các phương pháp tổng hợp mới hiệu quả hơn. Chiến lược chính bao gồm sử dụng phản ứng Claisen-Schmidt và phản ứng Diels-Alder. Các phản ứng này cho phép xây dựng khung carbon phức tạp một cách có kiểm soát. Phương pháp tổng hợp toàn phần được thiết kế để ngắn gọn và hiệu quả. Các bước quan trọng bao gồm hình thành vòng phloroglucinol và gắn các nhóm prenyl. Stereochemistry được kiểm soát chặt chẽ trong suốt quá trình tổng hợp. Kết quả là sản phẩm có độ tinh khiết cao và cấu hình đúng. Phương pháp này có thể áp dụng cho tổng hợp các PPAP khác.

3.1. Ứng dụng phản ứng Claisen Schmidt

Phản ứng Claisen-Schmidt là công cụ quan trọng trong tổng hợp PPAP. Phản ứng này tạo liên kết carbon-carbon giữa aldehyde và ketone. Trong tổng hợp papuaforin B, phản ứng này xây dựng các nhóm prenyl. Điều kiện phản ứng được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao. Base mạnh như NaOH hoặc KOH thường được sử dụng. Nhiệt độ và thời gian phản ứng ảnh hưởng đến tỷ lệ sản phẩm. Sản phẩm α,β-unsaturated carbonyl là trung gian quan trọng. Trung gian này được sử dụng trong các bước tiếp theo.

3.2. Vai trò của phản ứng Diels Alder

Phản ứng Diels-Alder tạo vòng sáu cạnh một cách stereoselective. Phản ứng này là công cụ mạnh mẽ trong tổng hợp sản phẩm thiên nhiên. Diene và dienophile được thiết kế cẩn thận cho tổng hợp PPAP. Điều kiện nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ và độ chọn lọc. Phản ứng có thể được xúc tác bởi acid Lewis để tăng tốc độ. Stereochemistry của sản phẩm phụ thuộc vào cấu hình của chất phản ứng. Phản ứng Diels-Alder tạo ra nhiều trung tâm chiral trong một bước. Điều này làm tăng hiệu quả tổng hợp đáng kể.

3.3. Chiến lược kiểm soát Stereochemistry

Kiểm soát stereochemistry là yếu tố then chốt trong tổng hợp PPAP. Các trung tâm chiral phải được tạo ra với cấu hình chính xác. Sử dụng chất xúc tác chiral giúp đạt enantioselectivity cao. Auxiliary chiral có thể được gắn tạm thời để kiểm soát stereochemistry. Phản ứng stereoselective được thiết kế dựa trên hiệu ứng steric và điện tử. Bảo vệ và khử bảo vệ nhóm chức được thực hiện cẩn thận. Mỗi bước được tối ưu hóa để duy trì cấu hình mong muốn. Kết quả là sản phẩm cuối cùng có stereochemistry giống tự nhiên.

IV. Tổng hợp 7 8 dihydroxycalamenene trực tiếp

7,8-dihydroxycalamenene là một sản phẩm thiên nhiên quan trọng từ họ Hypericum. Nghiên cứu phát triển phương pháp tổng hợp trực tiếp cho hợp chất này. Phương pháp mới đơn giản hóa quy trình so với các cách tiếp cận trước đây. Chiến lược chính là xây dựng khung calamenene từ các tiền chất đơn giản. Các bước quan trọng bao gồm hình thành vòng thơm và functionalization. Nhóm hydroxyl được đưa vào tại vị trí 7 và 8 một cách chọn lọc. Điều kiện phản ứng được tối ưu hóa để tránh sản phẩm phụ. Phương pháp này cũng áp dụng cho tổng hợp mansonone C. Cả hai hợp chất có hoạt tính sinh học đáng chú ý. Tổng hợp trực tiếp giảm số bước và tăng hiệu suất tổng thể.

4.1. Xây dựng khung Calamenene cơ bản

Khung calamenene là cấu trúc sesquiterpene với vòng thơm. Tổng hợp bắt đầu từ các tiền chất thơm đơn giản có sẵn. Phản ứng alkyl hóa Friedel-Crafts được sử dụng để gắn nhóm isopropyl. Điều kiện acid Lewis như AlCl3 xúc tác phản ứng hiệu quả. Vị trí alkyl hóa được kiểm soát bởi hiệu ứng định hướng của nhóm thế. Sau đó, vòng hóa nội phân tử tạo ra khung tricyclic. Các điều kiện nhiệt hoặc acid thúc đẩy quá trình vòng hóa. Sản phẩm là khung calamenene với các vị trí sẵn sàng cho functionalization.

4.2. Functionalization chọn lọc vị trí 7 8

Đưa nhóm hydroxyl vào vị trí 7 và 8 đòi hỏi độ chọn lọc cao. Phản ứng hydroxyl hóa trực tiếp có thể sử dụng các chất oxi hóa như OsO4. OsO4 tạo ra diol cis một cách stereospecific từ alkene. Alkene được tạo ra tại vị trí mong muốn thông qua dehydrogenation. Các nhóm bảo vệ được sử dụng để ngăn hydroxyl hóa không mong muốn. Phương pháp thay thế sử dụng epoxide làm trung gian. Epoxide mở vòng cho diol với stereochemistry kiểm soát. Điều kiện phản ứng nhẹ nhàng bảo vệ các nhóm chức nhạy cảm khác.

4.3. Tổng hợp Mansonone C liên quan

Mansonone C có cấu trúc liên quan đến 7,8-dihydroxycalamenene. Chiến lược tổng hợp tương tự có thể được áp dụng với một số sửa đổi. Sự khác biệt chính là sự hiện diện của nhóm quinone trong mansonone C. Nhóm quinone được tạo ra thông qua oxi hóa hydroquinone. Các chất oxi hóa như ceric ammonium nitrate (CAN) hiệu quả. Thứ tự các bước được điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất. Bảo vệ nhóm được chọn để tương thích với điều kiện oxi hóa. Phương pháp tổng hợp trực tiếp này ngắn gọn và hiệu quả hơn các cách tiếp cận trước đó.

V. Ứng dụng phương pháp tổng hợp hữu cơ hiện đại

Các phương pháp tổng hợp hữu cơ hiện đại đã cách mạng hóa cách tiếp cận sản phẩm thiên nhiên. Công nghệ mới cho phép tổng hợp các phân tử phức tạp một cách hiệu quả hơn. Phản ứng xúc tác kim loại chuyển tiếp mở ra nhiều khả năng mới. Các phản ứng như cross-coupling, metathesis được sử dụng rộng rãi. Hóa học bảo vệ nhóm đã phát triển đáng kể về độ chọn lọc. Orthogonal protection strategies cho phép functionalization chọn lọc. Phương pháp phân tích hiện đại như NMR, MS giúp xác định cấu trúc nhanh chóng. Computational chemistry hỗ trợ dự đoán cơ chế và thiết kế tổng hợp. Tất cả những tiến bộ này làm tăng hiệu quả nghiên cứu tổng hợp sản phẩm thiên nhiên.

5.1. Phản ứng xúc tác kim loại chuyển tiếp

Xúc tác kim loại chuyển tiếp đã trở thành công cụ không thể thiếu. Palladium, ruthenium, copper là các kim loại được sử dụng phổ biến. Phản ứng Suzuki-Miyaura tạo liên kết C-C từ boronic acid và halide. Phản ứng Heck tạo alkene thế từ alkene và aryl halide. Metathesis olefin xúc tác bởi ruthenium tạo vòng và mở vòng. Các phản ứng này có độ chọn lọc cao và điều kiện nhẹ nhàng. Chúng cho phép tổng hợp các cấu trúc phức tạp trong ít bước hơn. Hiệu suất cao và khả năng mở rộng quy mô là ưu điểm lớn.

5.2. Chiến lược bảo vệ nhóm Orthogonal

Bảo vệ nhóm chức là kỹ thuật quan trọng trong tổng hợp phức tạp. Orthogonal protection cho phép khử bảo vệ chọn lọc từng nhóm. Ví dụ, BOC và FMOC có thể được khử bảo vệ độc lập. BOC được khử bằng acid trong khi FMOC bằng base. Silyl ether như TBS, TIPS bảo vệ hydroxyl với độ ổn định khác nhau. Benzyl và allyl ether có thể được khử bảo vệ bằng hydrogenolysis. Acetal và ketal bảo vệ carbonyl với độ chọn lọc acid. Chiến lược này cho phép functionalization phức tạp nhiều bước. Kết quả là tổng hợp hiệu quả các phân tử đa chức năng.

5.3. Công nghệ phân tích và Computational

NMR hai chiều như COSY, HMBC cung cấp thông tin cấu trúc chi tiết. Mass spectrometry độ phân giải cao xác định công thức phân tử chính xác. X-ray crystallography xác định cấu trúc ba chiều tuyệt đối. Computational chemistry dự đoán cơ chế phản ứng và năng lượng chuyển tiếp. Density functional theory (DFT) tính toán cấu trúc và tính chất phân tử. Molecular dynamics mô phỏng hành vi phân tử trong điều kiện khác nhau. Các công cụ này giúp thiết kế tổng hợp hợp lý và hiệu quả. Tích hợp thực nghiệm và lý thuyết tăng tốc nghiên cứu đáng kể.

VI. Triển vọng phát triển thuốc từ sản phẩm Hypericum

Các sản phẩm tự nhiên từ Hypericum có tiềm năng lớn trong phát triển thuốc. Hoạt tính sinh học đa dạng của chúng mở ra nhiều ứng dụng điều trị. Tổng hợp hữu cơ cho phép sản xuất đủ lượng cho nghiên cứu lâm sàng. Các chất tương tự có thể được thiết kế để cải thiện hoạt tính và giảm độc tính. Structure-activity relationship (SAR) studies hướng dẫn tối ưu hóa cấu trúc. Tổng hợp toàn phần cung cấp vật liệu cho thử nghiệm sinh học. Các hợp chất này có thể phát triển thành thuốc chống trầm cảm mới. Hoạt tính kháng khuẩn chống lại vi khuẩn đa kháng thuốc rất có giá trị. Tiềm năng điều trị Alzheimer thông qua tăng cường ChAT đáng được khám phá. Nghiên cứu tổng hợp là nền tảng cho tất cả những ứng dụng này.

6.1. Thiết kế chất tương tự cải tiến

Chất tương tự được thiết kế dựa trên cấu trúc sản phẩm tự nhiên. Mục tiêu là cải thiện hoạt tính, tính chọn lọc và dược động học. Các nhóm prenyl có thể được thay đổi để tăng độ hòa tan trong nước. Vòng phloroglucinol có thể được sửa đổi để tăng độ ổn định. Stereochemistry có thể được đảo ngược để nghiên cứu ảnh hưởng đến hoạt tính. Các nhóm chức mới có thể được thêm vào để tăng ái lực với target. Tổng hợp hữu cơ linh hoạt cho phép tạo ra thư viện hợp chất lớn. Screening hoạt tính sinh học xác định các ứng viên triển vọng nhất.

6.2. Nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc hoạt tính

SAR studies xác định các phần cấu trúc quan trọng cho hoạt tính. Các nhóm chức thiết yếu được xác định thông qua sửa đổi có hệ thống. Vị trí và số lượng nhóm prenyl ảnh hưởng đến hoạt tính. Stereochemistry tại các trung tâm chiral có thể quyết định hoạt tính. Vòng bicyclo đóng vai trò trong tương tác với target sinh học. Các nghiên cứu này hướng dẫn thiết kế thế hệ tiếp theo của chất tương tự. Molecular modeling dự đoán tương tác với protein target. Kết hợp dữ liệu thực nghiệm và lý thuyết tối ưu hóa thiết kế thuốc.

6.3. Tiềm năng ứng dụng lâm sàng

Hoạt tính chống trầm cảm của hyperforin đã được chứng minh trong nhiều nghiên cứu. Cơ chế ức chế hấp thu neurotransmitter rộng là độc đáo. Điều này có thể hiệu quả hơn các thuốc chống trầm cảm hiện tại. Hoạt tính kháng khuẩn chống MRSA có giá trị trong thời đại kháng thuốc. Các hợp chất mới có thể phát triển thành thuốc kháng sinh thế hệ mới. Tiềm năng điều trị Alzheimer thông qua tăng ChAT rất hứa hẹn. Tổng hợp cung cấp đủ vật liệu cho thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng. Nghiên cứu này là bước đầu quan trọng trong phát triển thuốc từ sản phẩm thiên nhiên.

Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ: New synthetic methods for hypericum natural products

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (119 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

New synthetic methods for hypericum natural products by Insik Jeon A dissertation submitted to the graduate faculty in partial fulfillment of the requirements for the degree of DOCTOR OF PHILOSOPHY Major: Organic Chemistry Program of Study Committee: George A. Kraus, Major Professor Richard, C. Jenks Jacob Petrich Donald L. Reynolds Iowa State University Ames, Iowa 2006 UMI Number: 3243830 UMI Microform 3243830 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company.

All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 ii TABLE OF CONTENTS GENERAL INTRODUCTION 1 CHAPTER 1.

Synthesis of papuaforin B and related phloroglucinol natural products Introduction 2 Results and Discussion 12 Experimental 56 References 80 CHAPTER 2. Direct syntheses of 7,8-dihydroxycalamenene and mansonone C Introduction 84 Results and Discussion 89 Experimental 93 References 113 GENERAL CONCLUSION 115 ACKNOWLEDGMENTS 116 1 GENERAL INTRODUCTION Organic chemistry has served as a solid foundation for interdisciplinary research areas, such as molecular biology and medicinal chemistry. An understanding of the biological activities and structural elucidations of natural products can lead to the development of clinically valuable therapeutic options. The advancements of modern synthetic methodologies allow for more elaborate and concise natural product syntheses.

The theme of this study centers on the synthesis of natural products with particularly challenging structures and interesting biological activities. The synthetic expertise developed here will be applicable to analog syntheses and to other research problems. SYNTHESIS OF PAPUAFORIN B AND RELATED PHLOROGLUCINOL NATURAL PRODUCTS Introduction An understanding of the biological activities and effects of herbal supplements becomes essential for efficacy and safety concerns with the increasing use of dietary supplements. Recently, the antidepressant activity of Hypericum perforatum, commonly known as St.

John’s wort, has drawn much attention. John’s wort is commonly used as a natural remedy to treat moderate to mild depression. Studies of the constituents of St. John’s wort and other plants from the family Guttiferae have disclosed a class of compounds, polycyclic polyprenylated acylphloroglucinols (PPAPs), with fascinating structures and interesting biological activities.

O OH O O O OH H Me OH O O Me Me Me Me Me OO OO Me OO OO Hyperforin (1) Nemorosone (2) Garsubellin A (3) Papuaforin B (4) Figure 1. Polycyclic polyprenylated acylphloroglucinol (PPAP) natural products Hyperforin (1) was first isolated in 1971 from the species Hypericum perforatum,5 and has drawn substantial attention, because it is thought to be responsible for the antidepressant and antibacterial activities of St.6-10 Its antidepressant activity is 3 attributed to a broad inhibitory effect on the synaptosomal uptake of several neurotransmitters, such as serotonin, noradrenaline, dopamine, γ-aminobutyric acid (GABA) and L-glutamate at hyperforin concentrations as low as IC50 = 1.11 A recent report has shown that hyperforin (1) inhibits penicillin-resistant and methicillin-resistant Staphylococcus aureus, which is resistant to various antibiotics, such as the cephalosporins, erythromycin and clindamycin.12 Nemorosone (2) is the major constituent of Clusia (Clusiaceae) species resin,13 and is known to possess antimicrobial, cytotoxicity and antioxidant activities.17 Garsubellin A (3) enhances choline acetyltransferase (ChAT) activity in P10 rat septal neurons relative to a control by 154% at a 10 μM concentration.18 Choline acetyltransferase (ChAT) is involved in the biosynthesis of neurotransmitter acetylcholine (ACh) in the nervous system. Taking into account that Alzheimer’s disease has been attributed to deficiencies in the levels of acetylcholine (ACh),19 The ChAT enhancing activity of garsubellin A (3) provides potential in developing chemotherapies for Alzheimer’s disease. Its chemical structure is similar to hyperforin (1) with the additional 2,2-dimethyl-2H-pyran ring that is probably formed by cyclization of a 3-methylbut-2-enyl side chain with an enolic hydroxyl group.

The biosynthesis of hyperforin (1) was proposed using early labeling experiments, which involve acylphloroglucinols and isoprenoid moieties (Figure 2).20 The acylphloroglucinol moiety is generated by a polyketide type biosynthesis beginning with two units of pyruvate. Condensation of malonyl-CoA and acyl-CoA furnishs a tetraketide, which undergoes cyclization to acylphloroglucinol 5. Enzyme-catalyzed prenylation of 5 using 4 prenyl pyrophosphate, derived from a non-mevalonate pathway, generates 6 which, upon prenylation and cyclization, would provide hyperforin (1). CO2 O O O O O + * * COO COO * COO * COO HO * * CO2 O O HO * OH O * O * * HO SCoA O * * * * * SCoA * * * SCoA O OH O O * 5 O O O P O P O O O HO O HO OH HO OH O O O O O O 6 OPP Hyperforin (1) 7 Figure 2.

Proposed biosynthesis of Hyperforin (1) In the past decade, the significant biological activity and challenging structure of this class of natural products have drawn many synthetic chemists’ attention. However, most studies rely only on the construction of the bicyclic core structure, not surprisingly, because 5 of its synthetically formidable structural features. Indeed, two total syntheses of garsubellin A (3) have been reported.21,22 Nicolaou firstly reported a synthetic route to the highly functionalized core structure of garsubellin A (3) employing a selenocyclization approach.23 Initially, the requisite precursor 8 was synthesized from commercially available 1,3-cyclohexanedione in eight steps (Scheme 1). The selenium-mediated cyclization in the presence of N- (phenylseleno)phthalimide (N-PSP) and SnCl4 furnished the selenide 9.

Selective reduction of the bridged ketone of 9 produced a single alcohol, which, upon alkylation with trans-1,2- bis(phenylsulfonyl)ethylene, yielded vinylogous sulfone 10. The construction of tetracycle 11 by the use of n-Bu3SnH and AIBN, followed by the sequence of reactions : reduction, selective monoprotection, and oxidation formed the corresponding aldehyde 12. O O O OH 8 Steps SnCl4 SePh O O O OAc H N-PSP H CO2Me CO2Me 9 1. LiHMDS, SO2Ph PhO2S O HO O O 1) DIBAL O CO2Me O CO2Me TBSO Bu3SnH O H O O 2) TBSCl AIBN PhO2S 3) PhI(OAc)2 PhO2S SePh PhO2S 12 11 10 Scheme 1 6 The use of isopropenylmagnesium bromide effected the addition to the aldehyde with concomitant β-elimination of the sulfone side chain.

Selective hydrogenation by using H2/PtO2 produced isopropyl alcohol 13 (Scheme 2). Subsequently, selective protection of the two free hydroxyls of 13 as a cyclic carbonate, followed by hydrogenation, produced intermediate 14. After oxidation of the free hydroxyl of 14, the ensuing conversion of the saturated ketone to an α,β-unsaturated enone was accomplished to give 15. For completion of the bicyclic core, the regio- and stereoselective [2+2] cycloaddition was employed to give the protected cyclobutanone adduct 16.

Deprotection and subsequent Baeyer-Villiger oxidation completed construction of the fully functionalized bicyclic core (17) of garsubellin A (3). O HO OH HO O O O TBSO TBSO 1. Cl3CO OCCl3 OH 12 2. H2, Pd/C SO2Ph SO2Ph 1.

SeO2 14 O O O O MeO O O O O O O O O O O O TBSO TBSO CH2 1. hv, H3CO OCH3 2. H2SO4 SO2Ph SO2Ph SO2Ph Garsubellin A core (17) 16 15 Scheme 2 7 Nicolaou’s strategy introduced several interesting synthetic steps, which include biomimetic electrophile-mediated cyclizations of a pendant prenyl group and a novel bicyclic cycloaddition. However, the many steps to the core structure of garsubellin A (3) might limit its practical use towards this class of natural products syntheses.

In 2005, Shibasaki first reported the complete total synthesis of Garsubellin A (3).21 The Shibasaki synthesis began with commercially available 3-ethoxycyclohex-2-enone, which underwent prenylation, methylation, and acid hydrolysis of the vinyl ether to yield an enone (Scheme 3). O OTIPS O OTIPS OEt 1. PhSiH3, Co(acac)2, O2 4 steps 2. KHMDS, prenyl bromide Bu4NI MOMO 18 19 1.

LDA, CH3CHO 2. Martin sulfurane O OTIPS O OTIPS O O 1. Triphosgene allyl iodide O pyridine O 4. NaOAc MOMO MOMO MOMO 21 20 22 200 °C Scheme 3 Conjugate addition of an methyl cuprate and in situ trapping of the resulting magnesium enolate by isobutyraldehyde gave the anti-aldol product, which was protected by TIPS to give 18.

Protection of the prenyl group, followed by addition of an additional prenyl group, gave 19. Attempted aldol reaction with acetaldehyde occurred at the sterically less 8 demanding α-carbonyl position, which was then dehydrated to the corresponding olefin 20 using the Martin sulfurane. Highly chemoselective dihydroxylation and protection of the diol furnished carbonate 21. Cyclization precursor 22 was generated in four straightforward steps from 21: desilylation, oxidation, O-allylation and stereoselective Claisen rearrangement.

A ring-closing metathesis reaction of 22 was realized by employing the Hoveyda-Grubbs catalyst24 to construct the crucial bicyclic skeleton of 23 (Scheme 4). Mes N N Mes O Cl Ru O O O O Cl 1. (PhSe)2, PhIO2 O Pri O pyridine. CSA O O MOMO HO 1.

Na2PdCl4, TBHP I O O O O HO O HO O HO O O O O O O PdCl2/dppf, tributylprenyltin 1. PTSA HO 26 25 Garsubellin A (3) Scheme 4 Allylic oxidation, and subsequent deprotection of the MOM ether using CSA provided the alcohol 24. Upon hydrolysis of the carbonate, the secondary alcohol underwent Wacker oxidative cyclization to give 25. In order to secure two prenyl groups, 25 was further functionalized to a vinylic iodide, which was then dehydrated to regenerate the prenyl 9 group.

The total synthesis of garsubellin A (3) was completed by Stille coupling of 26 with tributylprenyltin. Shibasaki’s group completed the total synthesis of the target compound by a reasonably direct synthetic route, except for the low yield of the final step. They also mentioned that this synthesis could be extended to an asymmetric synthesis of garsubellin A (3) by early introduction of a catalytic, enantioselective alkylation method developed by Koga.25 A recent report from Danishefsky’s group described the complete synthetic effort to garsubellin A (3). It involved a unique synthetic approach.22 For the construction of the bicyclic skeleton, they dearomatized a substituted phloroglucinol, a step reminiscent of the biosynthetic pathway to hyperforin (1).

K2OsO4, K2CO3, K3Fe(CN)6 CH3SO2NH2, t-BuOH-H2O OTIPS n-BuLi then 2. PTSA, 2,2-dimethoxypropane H3CO OCH3 prenylbromide H3CO OCH3 acetone O H3CO OCH3 3. TBAF O 28 27 Pd(OAc)2, PPh3, Ti(i-PrO)4 allyl methyl carbonate O I CH2 O 1. Grubb’s 2nd cat.

O HClO4 2-methyl-2-butene H2O/dioxane H3CO OCH3 HO HO I O 2. I2, KI CH2 H O O KHCO3 H O O O 30 29 31 Scheme 5 10 The synthesis commenced with regioselective prenylation of the protected phloroglucinol derivative (Scheme 5). Dihydroxylation of 27, followed by acetonide formation and desilylation using TBAF, gave phenol 28. The product 29 was obtained by allylation of 28, either by direct allylation at the para carbon or by O-allylation, followed in sequence by rapid o-Claisen and Cope-like rearrangements.

Upon treatment with aqueous acid, the acetonide group of 29 was removed, and ensuing conjugate addition and hydrolysis provided 30 as a single diasteromer. An olefin cross metathesis reaction converted the allyl group into a prenyl group. Iodocarbocyclization led to 31, which contained the key bicyclo[3.1]nonane ring system. I I i-PrMgCl then O O O TMSI then Li2CuCl4 HO HO I2, CAN HO allyl bromide 1 N HCl I 31 H O O H O O H O O I 32 33 34 Scheme 6 Vinylic iodination of 31 using the iodine/CAN system gave triiodinated compound 32.

Metal-halogen exchange using excess isopropylmagnesium chloride with careful temperature control promoted a transannular Wurtz cyclopropanation reaction. Upon allylation of the remaining vinylic Grignard intermediate, 33 was produced, which was then successfully returned to the bicyclo[3.1]nonane skeleton by treatment with TMSI. Allyltributyltin- mediated radical allylation introduced an allyl group to the sterically favored exo face. The product was subjected to cross metathesis reactions to install two prenyl moieties.

11 Disilylation of both the tertiary alcohol and bridgehead carbon positions of 35, followed by iodination, provided 36. Metal-halogen exchange and subsequent treatment with isobutyraldehyde yielded adduct 37. Oxidation and deprotection of the TMS ether completed the synthesis of garsubellin A (3). AIBN, allyltributyltin HO then I2 TMSO I 34 2.

Grubb’s 2nd cat. H O H O O O 35 36 i-PrMgCl then isobutyraldehyde O O O OH HO TMSO 1.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Từ khóa và chủ đề nghiên cứu


Câu hỏi thường gặp

Luận án "Phương pháp tổng hợp mới cho các sản phẩm tự nhiên Hypericum" nghiên cứu về vấn đề gì?

Luận án tiến sĩ về phương pháp tổng hợp mới cho sản phẩm tự nhiên Hypericum. Nghiên cứu tổng hợp papuaforin B, hyperforin và các hợp chất phloroglucinol.

Luận án "Phương pháp tổng hợp mới cho các sản phẩm tự nhiên Hypericum" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Iowa State University. Năm bảo vệ: 2006.

Luận án "Phương pháp tổng hợp mới cho các sản phẩm tự nhiên Hypericum" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Phương pháp tổng hợp mới cho các sản phẩm tự nhiên Hypericum" thuộc chuyên ngành Organic Chemistry. Danh mục: Hóa Hữu Cơ.

Luận án "Phương pháp tổng hợp mới cho các sản phẩm tự nhiên Hypericum" có bao nhiêu trang?

Luận án "Phương pháp tổng hợp mới cho các sản phẩm tự nhiên Hypericum" có 119 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Phương pháp tổng hợp mới cho các sản phẩm tự nhiên Hypericum" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter