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研究表明，具有張力的天然產物有利于它們的藥理作用，并有利于選擇性地與所需的生物靶點緊密結合。在歷史上，高張力的天然產物貢獻了許多具有重要生物活性的分子，例如抗腫瘤藥物紫杉醇等。在天然產物中，總體上有四類高張力的結構單元，分別為anti-Bredt雙鍵，彎曲的苯環，具有多個不飽和鍵的中環和反式的[55]并環。

目前，關于反式[55]并環的合成研究很少。根據理論計算和實驗研究，順式和反式[55]并環之間存在約13 kcal/mol（計算）和6.4 kcal/mol （實驗）的能壘差別（圖1A），這使得反式[55]并環結構的合成極具挑戰性。迄今為止，只有五個具有反式[55]并環的天然產物分子（1-5，圖1B）得到了全合成。Schreiber和Paquette分別完成了expoxydictymene（1）的全合成，Baran和Namba/Tanino分別完成了palau'amine（2）的全合成。而對于具有更高環張力的全碳的反式[55]并環的天然產物全合成，直到2010年后才被報道，僅有三個例子。Shenvi于2012年報道了-funebrene（3）的全合成，Snyder于2017年報道了presilphiperfolan-8-ol（4）的全合成，Rychnovsky于2019年報道了illisimonin A（5）的全合成。總的來說，反式[55]并環的合成仍存在亟待填補的空白，充滿了挑戰與機遇。

圖1. 目標分子及背景介紹（圖片來源：JACS）

天然產物4β-acetoxyprobotryane-9β,15-diol是Botrytis Cenera生物代謝中產生的高氧化態中間體。Botrytis Cenera的代謝物具有廣泛的生物活性，但是由于該分子的分離量很低，其活性研究受到了很大的限制。該天然產物分子具有[655]三環骨架，其中包含了高張力的反式[55]并環（圖1C）。此外，該分子含有7個連續的手性中心，其中兩個相鄰的季碳中心位于反式[55]并環的連接處。這些結構特征使得該分子的合成極具挑戰性，之前還未有全合成的報道。

圖2. 逆合成分析（圖片來源：JACS）

逆合成分析中（圖2），作者先將目標分子逆推至羧酸7，擬通過benzilic acid-type重排反應，將羧酸7逆推至張力較小的反式[56]并環結構8。文獻中，從未有過利用benzilic acid-type重排來合成反式[55]并環的先例，這個轉化將是一個非常大膽的嘗試。接著，通過二碘化釤介導的頻哪醇偶聯反應可以逆推到二醛化合物9，化合物9中的[56]并環結構可以通過銠催化的不對稱[4+2]環加成得到。最后，環加成前體10可以通過已知化合物11通過幾步簡單的化學轉化而得到。

圖3. 化合物18的合成（圖片來源：JACS）

作者首先通過將醛11和磷酸酯12反應得到E,Z-二烯化合物13；隨后，其末端炔烴和重氮乙酸乙酯在碘化亞銅的催化下，發生偶聯反應得到[4+2]環加成反應前體10（圖3）。在傳統的銠催化的[4+2]環加成條件下，以2:1的比例得到化合物15和16。為了提高該反應的非對映選擇性，作者使用了不同的手性配體進行調控。最終發現，雙烯配體L4可以將反應的非對映選擇性提高至13:1。

詳細的優化如下表（圖4），作者首先發現在六氟銻酸銀的作用下，TBS保護基先被脫去的產物10a會優先發生[4+2]環加成反應。作者篩選了一系列配體后發現：L4可以與C8季碳手性中心兼容，產生最好的非對映選擇性。隨后，作者嘗試獲得10a進行進一步優化，然而在脫保護的過程中發現化合物10a不夠穩定，收率不夠理想。相比于之前的條件，作者推測：原位生成的10a會被體系中的銠配位而穩定，從而實現了較高的反應產率。因此作者對原有條件開展進一步優化，在條件13下，溫和的實現了以3.5mol%的銠催化劑進行克級的不對稱[4+2]環加成反應，并且得到了13:1的非對映選擇性。

圖4. 銠催化的不對稱[4+2]環加成反應的優化（圖片來源：JACS）

圖5. 天然產物4-acetoxyprobotryane-9β,15-diol的全合成（圖片來源：JACS）

隨后，作者開始挑戰反式[55]并環的構建（圖5）。首先通過硼氫化氧化反應構建C4位的手性羥基，剩余的硼烷還原乙酯得到三醇化合物19。整體的乙酰化和選擇性脫除一級乙酰基得到二醇20。為了構建benzilic acid-type重排所需的六元環，作者通過Swern氧化，SmI2介導的頻哪醇偶聯反應得到了三環骨架22。隨后通過一系列官能團轉化得到具有反式[56]并環的三環骨架25。當作者嘗試脫除TES保護基的時候，底物卻分解了。意外的是，化合物27被分離得到，正是作者想要的結構，其結構也通過化合物27a的單晶衍射確認。關于化合物27的生成，作者提出了一個機理。TBAF首先會脫去TES保護基得到化合物26，隨后在氧氣和TBAF的作用下將-羥基酮氧化生成1,2-二酮化合物8。之后，其發生作者之前設計的benzilic acid-type重排反應，得到高張力反式[55]并環結構。在反復的優化后，該反應在四當量的TBAF和一個大氣壓的氧氣下，以78%的產率得到了化合物27。緊接著，化合物27的內酯通過化學選擇性還原，切斷和脫除甲酰基得到了酮化合物28。最后，化合物28發生叔醇誘導的立體選擇性還原，得到了天然產物4-acetoxyprobotryane-9β,15-diol，其結構也進一步通過單晶衍射確證。

結語：李闖創教授團隊從已知化合物出發，通過14步高效簡潔的反應，完成了高張力天然產物4-acetoxyprobotryane-9β,15-diol的首次不對稱全合成。該合成首先通過銠催化的不對稱[4+2]環加成反應構建了[56]并環骨架；再通過獨特的benzilic acid-type重排以以四兩撥千斤的條件，實現高張力反式[55]并環的合成。該合成是利用benzilic acid-type重排構建高張力反式[55]并環的第一個例子。此外，該工作也是銠催化的不對稱[4+2]環加成在合成中的第一次應用。該研究工作開拓了高張力反式[55]并環化合物合成的新道路，為之后的生物活性研究也打下堅實的基礎。