Bryostatin 9的全合成

摘要

苔藓抑制素是一个由20种结构复杂的天然产物组成的家族¹推测由细菌共生体产生²海洋苔藓动物水母1968年，佩蒂特及其同事发现这种生物的提取物具有强大的抗癌活性，^三但直到1981年，该家族的典型成员苔藓抑制素1的结构才被阐明(图1).⁴结构上以含有三个功能化吡喃环基序的20个大内酯核心为特征，该家族成员的主要区别在于位置7和20的酰氧基取代基的同一性（或缺乏）。在C环吡喃亚结构中观察到了额外的多样性：苔藓抑制素16和17含有一个二氢吡喃C环，而不是更常见的四氢pyran，苔藓生长抑制素3和20含有一个C22-氧，作为丁烯内酯基序的一部分与C21-外环烯酸结合。

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图1

通过全合成制备的苔藓抑制素。

苔藓抑制素具有独特的丰富多样的生物活性组合。Bryostatin 1是研究最彻底的同源物，已被发现可恢复癌细胞的凋亡功能，⁵刺激免疫系统，⁶并逆转多药耐药性。在抗癌临床试验中，⁷苔藓抑制素1已证明在极低剂量（~50μg/m）下能够增强已知溶瘤剂的活性²).⁸更重要的是，苔藓抑制素1被证明可以诱导突触的形成，⁹提高动物模型的记忆和学习能力，¹⁰增强淀粉样前体蛋白的α-分泌酶加工，¹¹提示其可能被用作一种新型阿尔茨海默病¹²或中风后¹³治疗的。这些活性被认为至少部分是由于苔藓抑制素对蛋白激酶C（PKC）和其他含C1-结构域的蛋白质具有非凡的亲和力。¹⁴

报道了五种苔藓抑制素的令人印象深刻的全合成(图1)：1990年由Masamune及其同事合成的bryostatin 7，¹⁵1998年，Evans及其同事合成了bryostatin 2（bryostatin1的正式合成），¹⁶山村及其同事于2000年发表的bryostatin 3，¹⁷Trost和Dong于2008年发表的bryostatin 16，¹⁸最近，Keck及其同事推出了bryostatin 1。¹⁹此外，Hale及其同事于2006年报道了bryostatin 7的正式全合成。²⁰其他几个团体也在这一领域做出了值得注意的贡献，包括托马斯，²¹范德维尔，²²罗伊，²³伯克，²⁴克里斯切，²⁵霍夫曼，²⁶雅达夫，²⁷和其他。²⁸

在那些通过全合成制备的苔藓抑制素中，苔藓生长抑制素1、2、3和7是PKC的高效配体(K（K）_我<10毫微米²⁹)。每个同源物都包含一个C环四氢吡喃基序，附带C19-半缩酮和C20-乙酰氧基。缺乏这些结构元素的Bryostatin 16活性要低得多（PKCαK（K）_我=118毫微米）。虽然Masamune、Evans和Yamamura报告的早期合成为获得有效的苔藓抑制素提供了一个起点，但尚未报告这些路线的进一步开发，因此由于它们的长度限制了它们目前对供应的影响（42–45 LLS，总步数>75）。此外，这些合成的聚合点需要进一步的14-21个线性步骤，以在组装各自的含吡喃主干后详细阐述每个目标，从而限制了对不同类似物的步骤经济访问。

凯克合成苔藓抑制素1是一个显著的进步，需要31个线性步骤，估计总共57个步骤。¹⁹该策略利用分子间Prins环化来退火B环，然后再进行11个额外步骤来阐述大环（通过乳酸化）和其他外围功能。

1988年，我们与Pettit和Blumberg小组合作，提出了一种基于计算机的结构/功能假设，其中提出了bryostatin的北部a/B环结构，以构象限制PKC有效识别所需的南部片段功能。³⁰该分析指导了我们设计第一个简化的、功能性的苔藓抑制素类似物，³¹以…为例1(图2),³²这表明，通过对northern片段功能的极大简化，可以实现甚至超过类苔藓生长抑制素的效力。从战略上讲，这是一种常见的设计元素，也是许多相关的生物活性类似物³³是引入二恶烷B环作为吡喃替代物，这使得能够通过酯化和随后二醇酸北部片段与含醛南部片段的大缩醛化进行大环组装，从而在温和条件下依次产生酯（内酯）和B环二恶烷(图2A)。通过避免具有挑战性的后期C-C键形成过程，可以使用功能齐全的耦合伙伴，从而实现出色的整体收敛（例如。1仅在片段耦合后的1个步骤中访问）。

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图2

典型的苔藓抑制素类似物1,2、和三以及它们的合成策略。

最近，我们报道了这种收敛策略适应普林斯驱动的大环化反应(图2B)以提供相应的B环四氢吡喃结构，例如类似物2和三.³⁴像宏观缩醛化的先例一样，这种温和的大环化耐受前体片段的敏感C环功能，从而使合成2含羟基烯丙基硅烷的北部片段与合成1.

而PKC的优异亲和力和生物活性1–3并且相关的类似物支持bryostatin的北部a/B环基序的支架作用，我们小组和Keck小组最近的工作表明，与该区域相关的其他结构/功能关系。例如，我们发现A/Bring结构的变化影响PKC亚型的选择性，³⁵Keck、Blumberg及其同事发现，A环的修饰会影响某些癌细胞系的活性。³⁶

由于阐明这些结构-功能-选择性关系的重要性、这些药物的治疗潜力以及天然产物的稀缺性，我们寻求了一条简便、最大限度收敛的途径，以获得可变和系统化的北方片段类似物。我们设计的类似物包括那些在天然产品家族中具有完整功能的产品，由于供应稀缺，这是一个很大程度上尚未开发的领域。为此，我们首次报道了苔藓抑制素9的全合成。这种天然产物对PKC具有极好的亲和力(K（K）_我=1.3 nM），于1986年首次分离³⁷由佩蒂特和同事在2.7·10⁻⁵%收益率。我们的合成采用普林斯驱动的大环化策略，分25个线性步骤进行。这是一种高效的苔藓抑制素（PKC）的最经济且收敛的全合成步骤K（K）_我<10 nM），强调了该功能耐受性大环化反应的战略价值。³⁸Scheidt也描述了最近Prins大环化的显著例子，³⁹李，⁴⁰里奇诺夫斯基，⁴¹和雅达夫集团。⁴²

通过这种断开方法，苔藓抑制素9的合成被简化为获得含有羟基烯丙基硅烷的北部片段4和含醛的南部碎片5.合成4从C1–C9内酯的苄基化开始6(方案1A)是一种多用途的a环中间体，可从丙烯醛中分7步获得，我们之前已公开用于合成几种a环苔藓。^35亿通过添加乙酰乙酸乙酯双烯酸盐来安装C10–C13碳片段，并使用甲醇中的PPTS实现C9乳醇差向异构甲基缩酮的平衡。用NaBH还原C11₄优选羟基酯8（dr 78:22），其分离率为61%。

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方案1

苔藓ostatin 9南北片段偶联伴侣的合成^一

^一 A类试剂和条件：（a）BnBr，NaHMDS，5:1 THF:DMF，0°C，90%；（b） 乙酰乙酸乙酯（2.5当量），LDA（5.0当量），THF，−78°C；（c） PPTS，MeOH，40°c，2步84%；（d） NaBH公司₄，EtOH，−15°C，dr:78:22，61%隔离8; （e） TESCl，咪唑，CH₂氯₂rt，97%；（f） 氯化铈_三·二氯化锂，TMSCH₂氯化镁，四氢呋喃，rt，65%；（g） NaHMDS，THF，0°C，91%；（h） −30°C四氢呋喃萘锂→ −10°C，87%；（i） TEMPO（30 mol%），PhI（OAc）₂（3当量），4:1 MeCN:H₂O、 然后是NaH₂人事军官₄，氯化钠₂，2-甲基-2-丁烯，0°C；（j） 交流₂O、 DMAP，中国₂氯₂0°C，然后aq。氯化钠_三，57%超过2步。B类试剂和条件：（a）O_三，中国₂氯₂，−78°C，然后PPh_三rt，98%；（b） 我₂CHCH公司_三，氯化铬₂，DMF，THF，0°C，76%，93:7E： Z轴; （c） K（K）₂合作_三，乙醛酸甲酯，THF:MeOH，rt，81%；（d） NaBH公司₄，氯化铈_三·7小时₂O、 甲醇，−49°C；（e） 丁酐，DMAP，CH₂氯₂，rt，2步以上91%；（f） 3华氏度·当量_三N、 THF，rt；（g） Dess-Martin periodinane，瑞士₂氯₂，rt；（h）Z轴-1-溴-2-乙氧基乙烯，t吨-我，布丽₂锌，等₂O、 −78°C，然后是H_三O（运行）⁺，在3个步骤中为64%；（i） K（K）₂OsO公司₄·2小时₂O（~0.5 mol%），DHQD₂PYR（1.5摩尔%），K₂合作_三，K_三铁（CN）₆，4摄氏度，78%，83:17(R、 R（右）):(S、 S公司); （j）第页-TsOH，4:1 MeCN:H₂O、 rt；（k） TBSCl，咪唑，CH₂氯₂，64%作为单个非对映体超过2步。

硅烷化和双亲核加成⁴³TMSCH的₂氯化铈介导的氯化镁_三·2氯化锂⁴⁴然后提供叔醇10我们发现，Knochel的可溶性铈盐为这一具有挑战性的反应提供了最佳产率（65%）；使用传统干燥的无水氯化铈_三（来自其七水化合物）的产量较低（通常约为45-50%）。彼得森烯烃化10NaHMDS提供了相应的烯丙基硅烷。

使用石脑油锂试剂提供C1，C7-二醇，可清洁地进行脱苄反应11以87%的产率，使用TEMPO/PhI（OAc）组合将C1羟基氧化为相应的羧酸₂/氯化钠₂系统。该产品的乙酰化，然后进行碱性水溶液检查，提供了完全精制的北部碎片4在两个步骤中57%的产量，在17个步骤中约2%的总产量。

bryostatin 9南部片段5由烯烃制备而成12(方案1B),³²我们开发的用于合成类似物的2,2-二甲基-1,3-丙二醇的8步中间体1–3臭氧分解提供了相应的酮醛，然后使用Takai方案对其进行化学选择性油化⁴⁵以提供93:7的E类-和Z轴-亚乙基异构体13虽然这些异构体在此阶段或后续阶段无法通过色谱分离，但在二羟基化步骤中最终去除了不需要的Z组分（参见下文）。

羟醛缩合13乙醛酸甲酯使C21-烯酸基序的产率达到81%，而NaBH则使其降低₄/氯化铈_三其次是丁酰化提供的酯14在2个步骤中产率为91%。3HF·Et脱硅_三N，然后Dess-Martin氧化，得到一个C17醛，该醛在一步中同源于不饱和醛15通过亲核添加衍生自Z轴-2-锂-1-乙氧基乙烯和二甲基锌，然后进行酸性水处理。

在此阶段，C25/C26-(R（右）,R（右）)二醇亚基通过夏普莱斯二羟基化以83:17 d.r.和78%的总收率安装。不需要的C25/C26-Z轴-在这些条件下，携带到这一点的烯烃（~7mol%）反应性较小；回收的起始物质在该异构体中富集。⁴⁶(R、 R（右）)/(S、 S公司)然后将乙二醇混合物置于水溶液中第页-TsOH水解C19甲基缩酮，C26羟基选择性硅烷化提供识别域5作为单一非对映体，64%的产率超过2步。因此，在19步最长线性序列上以约2%的产率访问该域。酯化5相当于北方的碎片4使用山口的方案以82%的收率继续进行(方案2)从而为Prins大环化奠定了基础。

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方案2

完成bryostatin 9^一

^一试剂和条件：（a）2,4,6-三氯苯甲酰氯，Et_三N、 菲律宾中央银行_三然后是酒精5DMAP，82%；（b） PPTS（20 mol%），甲醇[17]=0.02 M，rt，22小时，65%；（c） O（运行）_三，中国₂氯₂，−78°C，然后是硫脲，1:1 CH₂氯₂：甲醇，rt，72%；（d）19，NaHMDS，THF，−78°C→ 4摄氏度，79:21Z： E类, 82%; （e） HF·py，四氢呋喃，rt；（f） PPTS，20%H₂THF中的O，rt，76%综合收率，80:20Z： 电子52%分离得到苔藓抑制素9。

在我们之前的报告中，详细介绍了2和三,³⁴三乙基硅保护的大环化前体类似于17在Et中使用TMSOTf进行脱硅和相应的羟基烯丙基硅烷环化₂O。⁴⁷然而，对于功能化的A环衬底，与17这些条件产生了大量由C9甲基缩酮活化产生的螺环副产物。⁴⁸因此，我们研究了替代反应条件，发现17用无水甲醇中的催化PPTS在一步中提供大环化产物18（65%产率）。值得注意的是，随着反应性羟基烯丙基硅烷的出现，这些温和的条件无需单独的C11-脱硅步骤就地.

然后以两步过程安装外环B环烯酸基序；C13-亚甲基在化学计量比臭氧下的氧化裂解以72%的产率进行，通过Horner-Wadsworth-Emmons烯烃化和(R（右）)-BINOL衍生膦酸酯19.⁴⁹79:21Z： E类该烯烃化反应的选择性与Evans、Yamamura和Keck观察到的结果一致。与磷酸三甲酯的底物控制反应缺乏明显的选择性（48:52Z： E类).

通过对烯酸混合物的处理，两步完成了全脱硅和C9缩酮水解，总收率为76%20使用HF·吡啶，然后使用水性PPTS，⁵⁰从而以52%的产率提供纯苔藓抑制素9。

通过与G.R.Pettit教授提供的真实样品进行比较，我们最终确定了合成材料的身份。据报道，苔藓抑制素1，⁵¹我们观察到¹在某些非质子溶剂（CDCl）中，苔藓抑制素9的H NMR化学位移强烈依赖于浓度_三，C₆D类₆)。CD中未观察到这种情况_三OD，其中合成材料和正品材料之间获得了极好的光谱重叠。合成样品的所有其他分析数据均与天然产物的公布或观察数据一致（参见支持信息).

该合成通过25个线性步骤和42个总步骤提供了bryostatin 9。值得注意的是，片段合成很容易按比例生产克数的高级中间体，由于这些制剂的效力，这些中间体具有临床供应潜力。这种方法能够获得完整且高度功能化的bryostatin氧碳环系统（例如。18)距离同样复杂的北部和南部碎片只有两步之遥4和5更一般地说，宏观Prins和宏观缩醛化策略为天然或非天然含吡喃大环及其二恶烷类似物提供了潜在的通用和功能基团耐受方法。这些策略的灵活性、收敛性、可扩展性和步骤经济性使人们能够获得天然和设计的苔藓抑制素类似物，这些类似物对于正在进行的行动模式、结构和临床前研究至关重要。

补充材料

致谢

脚注

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