[发明专利]一种天然产物(+)-负霉素的全合成方法

说明书

本发明属于有机合成技术领域，具体为一种天然产物(+)‑负霉素的全合成方法。该方法采用曼尼奇(Mannich)反应构建C3位手性中心，将叠氮官能团的引入放在合成路线后期来实现，以避免易爆剧毒品叠氮化物的大量使用；采用(R)‑(+)‑3‑羟基‑4‑氯丁酸乙酯为原料，以Ellman试剂(R)‑(+)‑叔丁基亚磺酰胺和曼尼奇反应构建C4位手性中心，通过简单的8步反应实现该全合成，总产率达到30％。本发明合成路线简短、后处理简单，为基于(+)‑负霉素的抗生素药物开发提供原料来源。

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，特别涉及一种天然产物(+)-负霉素的全合成方法。

背景技术

(+)-负霉素(或称耐格霉素，英文名(+)-negamycin，化学结构见下式)是从绛红褐链霉菌(Streptomyces purpeofuscus)的培养基中分离得到的一种含氮的抗生素，其对耐药性较强的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有较好的抗性且毒性较低(J.Antibiotics1970,23,170)。同时，负霉素也是一种特异性蛋白质合成抑制剂，在原核细胞中显示出提前终止密码子(PTCs)的通读作用，使蛋白质编码出错(J.Antibiotics 1970,23,581；J.Antibiotics1970,23,589)。此外，负霉素在杜氏肌营养不良症(DMD)小鼠模型显示出抑制抗肌营养不良蛋白无意义突变的作用(J.Biochem.2003,134,751；Molecular Cell2014,56,541；ACS Med.Chem.Lett.2015,6,930)。

目前，自负霉素的结构和生理活性报道以来，已有20多条负霉素全合成路线的报道，其中涉及不对称全合成主要包括以下几个课题组的研究工作：

Shibahara于1972年首次报道(+)-负霉素及其对映异构体的全合成，从半乳糖醛酸出发共15步，初步研究了(+)-负霉素及对映异构体的生理活性(J.Am.Chem.Soc.1972,94,4353)。1982年，Ohno从已知手性半酯化合物出发，经过Wittig反应以及碘代环化反应构建C5位手性中心，以11步合成(+)-负霉素(16％,Am.Chem.Soc.1982,104,6465)。1986年，Kibayashi从古洛糖酸内酯出发，利用关键的一步不对称1,3-偶极环加成反应引进两个手性中心，以13步合成(+)-负霉素(17％,J.Am.Chem.Soc.1986,108,4647)。1988年，Weigele从葡萄糖出发，采用先引入甲基肼片段，再通过葡萄糖片段的还原衍生化策略，以9步合成(+)-负霉素(6.8％,Tetrahedron Lett.1988,29,4077)。同年Tanner从(R)-(+)-苹果酸出发，通过已知文献合成丙酮叉保护的trans-α,β-不饱和酯基化合物，利用Sharpless不对称环氧化引入C3位手性中心，以14步合成(+)-负霉素(20％,Tetrahedron Lett.1988,29,2373)。1992年，Maycock从金鸡纳酸出发，利用氧化开环衍生化以23步合成(+)-负霉素(13％,Tetrahedron Lett.1992,33,4633)。同年Schmidt从(R)-(+)-2,2-二甲基-1,3-二氧戊环-4-甲醛出发，利用不对称氢化反应引入C3位手性氨基，随后通过Wolff重排反应将α-氨基酸转化为β-氨基酸，以21步合成(+)-负霉素(2.8％,Synthesis 1992,482)。1993年，Hegedus从已知手性氨基甲酸盐出发，经过Pd(II)催化的烷基化/羰基插入偶联串联反应引入C3位手性中心，底物控制立体选择性还原建立C5位手性中心，以15步合成(+)-负霉素(16％,J.Org.Chem.1993,58,4547)。Davies小组曾多次开展负霉素的全合成工作，其中1996年Davies从4-氯乙酰乙酸乙酯出发，首先经过不对称氢化还原建立C5位手性中心，之后通过试剂控制的不对称Michael加成反应引入C3位手性中心，以13步合成(+)-负霉素(27％,Tetrahedron Asymmetry 1996,7,1919；Tetrahedron 2011,67,216)。2002年Williams从商业易得的(2S,3R)-(+)-N-Z-6-氧代-2,3-二苯基吗啉出发，首先经过Wittig反应与氢化反应构建所需热力学稳定的C5位手性中心，随后利用金属螯合下底物控制的不对称烯丙基化反应引入C3位手性中心，以11步合成(+)-负霉素(27％,J.Org.Chem.2002,67,6361)。2003年，Raju从商业易得的叔丁氧羰基保护烯丙基甘氨酸出发，经过碘代内酯化并开环引入C5位羟基(1:1)，利用柱层析分离所需异构体，以9步合成(+)-负霉素(13％,Bioorg.Med.Chem.Lett.2003,13,2413)。2007年，Kumar从消旋的环氧氯丙烷出发，利用Jacobsen发展的手性动力学拆分得到手性环氧化合物，接受烯基格氏试剂进攻环氧开环构建C5位手性中心，继而再次利用Jacobsen的手性动力学拆分得到手性环氧，并再次接受烯基格氏试剂进攻引入C3位手性中心，以13步合成(+)-负霉素(4.6％,TetrahedronLett.2007,48,3793)。2008年，Hayashi等人以N-叔丁氧羰基-2-氨基乙醛为原料，通过不对称烯丙基化反应建立C5位手性中心，进而利用不对称Michael加成反应引入氨基并同时建立C3位手性中心，以9步反应实现了(+)-负霉素的全合成(46.5％,Chem.Commun.2008,2379)；2010年，Hayashi小组使用市售可得的(R)-(+)-3-羟基4-氯-丁酸乙酯为原料，同样以不对称Michael加成反应构建关键C3位手性中心，通过13步反应实现了(+)-负霉素的全合成(31％，Tetrahedron2010,66,314)；2014年，Bates从手性环氧氯丙烷出发，经过烯基格氏试剂环氧开环建立C5位手性中心，随后利用Sakurai反应引入C3手性中心，以10步合成(+)-负霉素(23％,Org.Biomol.Chem.2014,12,4879)。同年，Olivier等人以(R)-(+)-3-羟基-4-氯丁酸乙酯为原料，经过TBS保护羟基、叠氮化反应以及选择性还原反应得到相应的醛，随后与Ellman试剂(R)-(+)-叔丁亚磺酰胺缩合构建亚胺，进而通过Mannich反应制备β-氨基酸骨架并构建C3位手性中心，通过9步反应实现了(+)-负霉素的全合成(9％，Proc.Natl.Acad.Sci.USA.2014,111,16274)。总结已有的合成路线，仍存在着大部分合成路线冗长、手性中心构建时受限与部分化学反应立体选择性不高而需多次的柱层析分离纯化，使用昂贵的过渡金属催化剂以及合成初期就使用易爆剧毒品如叠氮化钠等问题，因此已有合成路线一般均无法大量合成所需目标化合物和结构衍生物，影响后续的构效关系研究所需的大量样品提供，极大地限制了(+)-负霉素的药物化学研究。另外已有合成路线对所获得的目标结构进一步衍生化也会受制于分子中原有官能团的影响。因此，发展新颖高效的合成路线仍然十分迫切与必要。