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Nat. Synth.:Nimbolide及其類似物的合成和活性研究

來源:化學加原創      2023-12-04
導讀:近日,美國德克薩斯大學西南醫學中心(The University of Texas Southwestern Medical Center)Yonghao Yu和秦天課題組通過后期偶聯策略實現了Nimbolide的匯聚式合成。該策略通過磺酰腙介導的醚化和自由基環化,使用含藥效團的合成砌塊和多樣化的腙結構單元來實現Nimbolide及其類似物的模塊化合成。此外,作者利用此合成策略可以得到一系列Nimbolide類似物,并對其細胞毒性和PARP1捕獲活性進行了研究探索。相關成果發表在Nat. Synth.上,文章鏈接DOI:10.1038/s44160-023-00437-w。

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(圖片來源:Nat. Synth.

正文

Nimbolide是一種環seco-C檸檬苦素類天然產物,科學家們最近發現其可以抑制poly(ADP)-核糖基化(PARylation)依賴性泛素E3連接酶RNF114。在此過程中,它誘導PARP1和PAR依賴性DNA修復因子的“超捕獲”(supertrapping)。PARP1抑制劑部分通過PARP1捕獲機制重塑了生殖系BRCA1/2突變癌癥患者的治療。因此,實現Nimbolide類似物的模塊化合成為開發具有增強PARP1捕獲能力的癌癥治療藥物提供了機會。最近,美國德克薩斯大學西南醫學中心Yonghao Yu和秦天課題組通過后期偶聯策略實現了Nimbolide的收斂合成。該策略通過磺酰腙介導的醚化和自由基環化,使用含藥效團的合成砌塊和多樣化腙結構單元來實現Nimbolide及其類似物的模塊化合成。此外,作者利用此策略實現了一系列Nimbolide類似物的合成,并對其進行了初步的細胞毒性和PARP1捕獲活性研究(Fig. 1)。下載化學加APP到你手機,更加方便,更多收獲。

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(圖片來源:Nat. Synth.

首先,作者使用松木酸(3步)或脫氫松木酸(5步),以大于350克的規模實現了已知酮砌塊12的構建。隨后,12通過鈀催化的Saegusa氧化以及后續的雙羥化和TMS保護,以十克級規模得到了保護的二醇14,且為單一的非對映體。接下來,經過充分的實驗嘗試,作者利用14實現了TFDO介導的C-H氧化,以53%的產率,克級規模實現了目標C2酮15和C3酮16(產率11%)的混合物。緊接著,作者利用C2酮15通過一鍋Bamford-Stevens反應以64%的產率實現烯烴17的合成。此外,使用C3酮16通過也可以通過類似的方式以66%的產率得到17。隨后,17通過連續的Wittig烯烴化、內酯化以及SeO2-介導的烯丙基氧化和TMS脫保護得到10。且10的化學結構通過X-射線單晶衍射得到了確證(Fig. 2a)。

接下來,作者利用3-呋喃甲醛25為起始原料構建了連有端炔的酮27,并通過CBS還原以82%的產率,95%的ee得到相應的手性醇。隨后作者通過對手性醇進行關鍵的Piv保護以及金催化的Rautenstrauch重排以63%的產率,85%的ee得到手性烯酮產物29。最后,手性烯酮29通過α-碘化(47%)以及將酮轉化為磺酰腙(68%)兩步得到磺酰腙產物11(Fig. 2b)。

在實現了1011兩個砌塊的合成后,作者探索了兩者之間的偶聯(Fig. 2c)。然而,包括SN2/SN2’取代以及過渡金屬介導的偶聯等策略均不能實現目標醚鍵的構建。經過一系列篩選,作者最終通過磺酰腙介導的醚化分別以43%和31%的產率得到兩個非對映異構體產物2223。醚化反應的順利進行則為最后的環化步驟奠定了基礎。接下來作者通過模型研究來探索通過鐵氫化物介導的自由基原位取代來獲得所需的環化產物3637的可能性(Fig. 3a)。然而,此環化對10是不成功的。大量的實驗結果表明,只有在使用偶氮二異丁腈(AIBN)/三丁基錫氫(nBu3SnH)時形成了不需要的6-endo環化產物24。受文獻中報道的含氟溶劑在自由基環化中的有利作用所啟發,作者在六氟苯中嘗試了AIBN/ nBu3SnH介導的轉化,證明了會優先生成5-exo環化產物而不是相應的6-endo環化產物24(Fig. 2c)。而非對映異構體23在相同的反應條件下反應,僅觀察到了6-endo環化產物40(Fig. 3b)。值得注意的是,作者也對鈀介導的環化進行了研究(Fig. 3c)。然而,作者僅以71%的產率分離得到了通過連續5-exo/3-exo Heck反應得到的產物41。 

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(圖片來源:Nat. Synth.

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(圖片來源:Nat. Synth.

在成功實現Nimbolide的制備后,作者又對其它相關的檸檬苦素天然產物進行制備(Fig. 4)。將Nimbolide 5在錳氫物種的作用下實現烯酮的還原,可以以64%的產率實現2,3-二氫Nimbolide 42的合成。將Nimbolide 5在甲醇鈉存在下實現內酯開環可以以接近定量的產率得到6-deacetylnimbin 45。將Nimbolide 5在LiOH?H2O存在下60 oC反應,可以以64%的產率得到6-deacetylnimbinene產物43。最后,作者通過對4543進行乙酰化,可以分別以92%和95%的產率得到乙酰化的天然產物nimbin 46和nimbinene 44

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(圖片來源:Nat. Synth.

接下來,作者對合成出的Nimbolide及其類似物進行細胞毒性研究(Fig. 5)。實驗結果表明不含烯酮(42434461)或內酯骨架(4546)的Nimbolide衍生物顯示出最小的細胞毒性(>10 μM),而含有A環和B環的合成中間體60顯示出可觀察到的細胞毒性。這些結果表明橫跨A環和B環的烯酮和內酯對Nimbolide的活性至關重要。最后,作者探索了Nimbolide及其類似物的PARP1對DNA損傷位點的捕獲效率(Fig. 6)。實驗結果表明,與Nimbolide相比,其類似物6365表現出更強的PARP1捕獲活性。相比之下,化合物43并沒有觀察到PARP1捕獲。雖然化合物43與Nimbolide具有相似的化學骨架,但其缺乏烯酮部分。值得注意的是,作者在RNF114淘汰細胞中并沒有PARP1被捕獲。

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(圖片來源:Nat. Synth.

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(圖片來源:Nat. Synth.

總結

Yonghao Yu和秦天課題組聯合報道了通過后期偶聯策略實現Nimbolide及其類似物的收斂合成。作者通過磺酰腙介導的醚化和自由基環化作為關鍵步驟,實現了Nimbolide及其類似物的模塊化合成。初步研究表明,與Nimbolide相比,其類似物具有更好的PARP1捕獲活性。此外,結構-活性關系(SAR)探索表明Nimbolide類似物在治療BRCA-缺陷惡性腫瘤方面存在著一定的可能性。影響。 

文獻詳情:

Heping Deng, Hejun Deng, Chiho Kim, Peng Li, Xudong Wang, Yonghao Yu*, Tian Qin*. Synthesis of Nimbolide and its analogues and their application as poly(ADP-ribose) polymerase-1 trapping inducers. Nat. Synth.2023, https://doi.org/10.1038/s44160-023-00437-w

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