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天然产物Perforanoid A和Cytosporone B的全合成研究

吕超  
【摘要】:天然产物全合成是指以有机小分子为起始原料使用现有的有机合成手段,经过多步转化,最终完成对某一复杂天然产物的构建,是有机化学的重要组成部分。全合成是研究天然产物的重要手段,在天然产物的结构确证、样品的提供和化学生物学研究中发挥了重要作用。近年来,各种新的有机化学反应的不断被报道、各种实验仪器和测试手段的更新都极大的促进了天然产物全合成的发展,但是还是有众多的结构复杂、活性显著的天然产物分子让合成化学家束手无策,因此,现代全合成研究要求合成工作者具有更深厚的理论基础和更高超的合成技艺。柠檬苦素是一类重要的萜类化合物,从结构上来讲柠檬苦素是由于在apotirucallane或者apoeuphane三萜的侧链末端失去四个碳原子然后环化形成17β-呋喃环的一类化合物,因此柠檬苦素被称之为四降三萜。根据柠檬苦素结构的不同可分为完整型柠檬苦素、降柠檬苦素、环开裂柠檬苦素和高度氧化柠檬苦素。2010年中国科学院昆明植物研究所闫晓慧博士从苦木科植物牛筋果中分离到了一个具有A,B,D开裂-16位降碳C25型的高度重排的新骨架柠檬苦素,命名为Perforanoid A.该分子部分构型通过二维图谱确证,但是由于侧链单键的旋转,其C10位的构型并没有确证,因为样品稀少,无法获得其单晶。因此我们决定采用全合成的方法确证其绝对构型,并为生物活性测试提供样品。本论文分为四章,第一章对天然产物Perforanoid A的研究背景进行了介绍,描述了柠檬苦素的结构分类,介绍了Perforanoid A的分离和结构鉴定,综述了降柠檬苦素的全合成研究并对Pauson-Khand反应和Oshima-Utimoto反应在全合成中的应用进行了简述。第二章为本论文的主体部分。叙述了Perforanoid A的不对称全合成中遇到的瓶颈和解决办法。通过逆合成分析将Perforanoid A切断为左侧和右侧两个片段。左侧片段为内酯环(A环),右侧片段为BCDE环。右侧片段有4个环、4个手性中心,3个为连续的手性中心,1个全碳季碳中心,因此合成难度大,是全合成研究的重点。由于B环为环戊烯酮结构,因此设计了以分子内Pauson-Khand反应为关键反应的策略。以只含BCD环骨架的分子为模型分子进行关键反应的可行性研究。研究发现,关键Pauson-Khand反应能够发生,但是产率低,非对映选择性不好。尝试脱除关键反应前体的酯基,得到了联烯产物。Mukai课题组报道了Rh(Ⅰ)的催化下联烯-烯的分子内Pauson-Khand型反应。本研究使用他们的条件顺利得到了模型产物,产率达到73%,同时具有极好的非对映选择性。成功制备模型分子后,本研究考虑BCDE四个环的合成,采用与之前类似的路线,但是却得到了17-epi的右侧片段。为了得到正确的右侧片段,使用了还原-氧化-还原-氧化的策略,尽管能够得到正确的右侧片段,但是还原酮为醇一步的非对映选择性不好,并且路线繁琐也不能完成不对称合成。因此,重新设计了合成路线。使用了Morken课题组在合成Fraxinellone类柠檬苦素中报道的一个中间体,最终以8步反应立体专一性地得到了光学纯的右侧片段。左侧片段的合成开始于已知化合物(R)-5-甲基呋喃-2(5H)-酮,第一代路线是使用丁-3-烯-2-基氯化镁与(R)-5-甲基呋喃-2(5H)-酮在PhSCu介导下反应得到烯烃,然后经过开环、氧化、亲核加成、合环,最后臭氧氧化得到左侧片段。由于反应产生的一对非对映异构体始终不能够分离,因此得到的混合物不能用来进行Perforanoid A的构型确证。为了得到单一构型的左侧片段,本研究将Michael加成产物进行臭氧化切断并一锅还原得到醇,用TBDPS保护基保护醇羟基,然后开环,用高压液相色谱分离这一对非对映异构体,得到单一构型的化合物,再经过氧化、亲核加成、合环、脱保护得到C10位单一构型的醇。将此醇与Mosher酸进行缩合得到Mosher酯确定C10位的构型。将这两个醇分别氧化生成醛再与右侧片段缩合,脱水得到两个化合物,与天然产物进行谱图比对,确定C10位为S构型。另一个为10-epi Perforanoid Ao将这两个分子分别进行生物活性测试,发现Perforanoid A对测定的细胞株具有中等细胞毒活性,10-epi Perforanoid A没有表现出细胞毒活性。本文的第三章首先对天然产物Cytosporone B的研究背景进行了简单介绍并详细介绍了我们课题组以Willgerodt-Kindler反应作为关键反应合成Cytosporone B的路线。为合成该天然产物提供了新的途径。第四章对本文的工作进行了总结和展望,指出了研究中的创新性和不足之处。本学位论文对天然产物Perforanoid A和Cytosporone B的全合成进行了研究。确证了新骨架柠檬苦素Perforanoid A的构型,为其它柠檬苦素类化合物的合成提供了借鉴。为Cytosporone B的合成提供了一条新途径。


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