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编号:10222781
低价钛反应在天然产物合成中的应用
http://www.100md.com 《中国药物化学杂志》 1999年第3期
     作者:钱练 王琳

    单位:中国医学科学院中国协和医科大学药物研究所合成药物化学研究室,北京100050

    关键词:羰基还原偶联;低价钛反应;天然产物合成

    摘 要 低价钛引起的羰基偶联反应是一种重要的烯烃合成方法摘 要 低价钛引起的羰基偶联反应是一种重要的烯烃合成方法,在药物化学合成领域受到人们的广泛重视.作者对近年来低价钛反应在天然产物合成中的应用进行了综述讨论.

    低价钛引起的羰基还原偶联反应(McMurry反应)自20世纪初发现以来一直被人们反复证实并日益发展,此烯烃合成方法已成为有机合成领域的经典反应,并被用来合成多种中间体、医药品和天然产物.其反应机理〔1〕如下:228-1.gif (2177 bytes)
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    反应由低价钛提供一个电子给羰基,形成羰基自由基,羰自由基二聚得到的片呐醇化物在低价钛微粒表面脱氧生成烯烃,同时低价钛表面被氧化.片呐醇化物中间体的两个氧必须在空间上与低价钛微粒的一个面接触并键合,否则只能生成片呐醇,不能生成烯烃,且两个碳氧键不是同时断裂.低价钛试剂引起的羰基还原偶联反应不仅可以在分子间进行,得到多取代烯烃;而且能顺利地在分子内进行,生成环烯,这是目前构成碳环最有效的方法,其总体效果优于经典的酮醇缩合反应.近年来,人们利用低价钛反应构造了各种各样的环状化合物(包括碳环和杂环,三元至三十六元环均有报道),在天然产物合成中发挥了重要作用.以下概述近年来低价钛反应用于天然产物合成的新进展.

    1 成环反应中的应用

    1.1 构建五元环

    吲哚和苯并呋喃类化合物是有着多种生物活性的天然产物,其结构的构建方法众多.Fürstner等人〔2~3〕1995年报道了oxo-amides的低价钛可还原偶联构建吲哚环、苯并呋喃环(1).
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    此方法使得吲哚环的烯胺区域可被多种取代基取代,特别是R2,可用于许多带有对酸敏感和易还原基团的底物.

    用此法合成了多个有药理活性的生物碱,如化合物(2)~(5),其中,化合物(2)和化合物(3)有抗真菌活性,化合物(5)有抗肿瘤和抗病毒活性.与此类似的还有抗皮肤癌活性化合物LukianolA(6)全合成〔4〕中吡咯环的构建.229-1.gif (1804 bytes)229-2.gif (944 bytes)229-3.gif (1616 bytes)229-4.gif (2155 bytes)229-5.gif (2884 bytes)
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    化合物(7)是半寄生植物Witchweed的高效种子发芽促进剂〔5〕.在种植玉米、高粱、甘蔗、小麦等农作物前,先在土壤里加入化合物(7)或其类似物使寄生植物先发芽以便除去,这是一种新的控制寄生杂草的方法.229-6.gif (3190 bytes)

    1.2 构建六元环

    雌酮的雌激素骨架(8)的构建〔6〕可应用TiCl3,Zn/Cu,在DME中回流,收率可达56%.229-7.gif (7326 bytes)

, 百拇医药     Compactin(9)和mevinolin(10)均是真菌代谢物〔7〕,对降低血中胆固醇有效.它们的全合成中均用到低价钛反应成环.

    岩兰油的组分isokhusimone(11)〔8〕是zizaane三环〔6.2.1.0.〔1,5〕〕十一烷结构的倍半烯萜,其全合成的最后一步应用低价钛反应得到1∶1的isokhusimone(11)和其差向异构的醇(12),将(12)用PCC氧化可得化合物(11),其总收率达78%.230-1.gif (2540 bytes)

    1.3 构建八元环

    最近几年在合成有机化学领域最引人瞩目的莫过于抗癌药紫杉醇(Taxol)的全合成,在Kende小组〔9〕工作的基础上,Nicolaou〔10〕小组应用低价钛反应使八元B环环合,构建紫杉醇结构骨架.用〔TiCl3(DME)1,5〕/Zn-Cu从中间体二醛(13)合成出目的化合物片呐醇(14).由于有3个副产物,产物收率较低(23%~25%),但这一应用意义重大.相似的钛偶联生成片呐醇也用于许多紫杉醇类似物的合成.低价钛偶联构成八元环在5-8-5三环二萜化合物(15~17)合成〔11〕中也得到应用.Cerophastol(18)〔12〕是一种从昆虫的蜡状分泌物中提取的三环倍半萜烯,其八元环的成环是利用TiCl4,Zn/THF的低价钛反应.230-2.gif (4045 bytes)230-3.gif (4548 bytes)230-4.gif (2986 bytes)
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    1.4 构建九元环

    从丁子香油提取的倍半萜烯烃isocaryophyllene(19)〔13〕的全合成中的关键步骤是酮酯的低价钛环合形成壬酮烯环.231-1.gif (2075 bytes)

    1.5 构建十元环

    单环倍半萜烯helminthogermacrene(20)的大环骨架是由分子内酮醛基低价钛偶联形成〔14〕.与之相似的还有bicyclogermacrene(21)的合成〔15〕,bicyclogermacrene是从Citrusjunos的皮油中提取的,被认为是具有二甲基环丙烷稠环结构的倍半萜烯化合物的生物前体.231-2.gif (2940 bytes)
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    1.6 构建十一元环

    McMurry等人〔16〕应用低价钛偶联成环合成humulene(22),一个十一元环的倍半萜烯,此路线不仅步骤少(三步),而且立体选择性强,比用镍催化成环反应产率高.231-3.gif (2113 bytes)

    1.7 构建十二元环

    E-E-verticillene(23)是人们公认的紫杉烷生物碱的生物合成前体,其结构骨架为[10.3.1.0.4,6]十六碳烯环,Jackson小组〔17〕利用二醛在Ti(0)存在下分子内偶联成骨架(23).231-4.gif (1646 bytes)
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    1.8 构建十四元环

    近年来,从海洋生物中提取的十四元环的二萜化合物因其广泛的生物活性和特殊的大环结构引起人们的关注.许多具有抗癌活性的化合物均已全合成,如:sarcophytol-B,crassin,isolobophytolide.其中不少用到低价钛反应成环.以isosar cophytol-A(24)的合成为例:李裕林等〔18〕应用分子内McMurry反应有效地构造了十四元大环,并合成了类似物cembrene-C(25)〔19〕.231-5.gif (4179 bytes)

    Crassin(28)是一种有抗炎及抗癌活性的二萜,其全合成有两条路径用到低价钛反应.Dauben〔20〕利用低价钛形成大环中三取代的C7-C8双键化合物(26),McMurry〔21〕利用分子内片呐醇反应形成十四元环的C3-C4二醇结构化合物(27).232-1.gif (4304 bytes)232-2.gif (2970 bytes)
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    1.9 构建十五元环

    Flexibilene(29)〔22〕是目前所知的唯一的十五元环二萜化合物,与humulene(22)结构相似,自然界存在量很少,其合成很有意义.232-3.gif (2102 bytes)

    1.10 构建三十六元环

    目前利用低价钛羰基偶联反应生成的最大环的化合物是三十六元二醚类酯〔23〕,一种从耐高温,高酸的微生物细胞膜中分离出来的化合物(30),其合成在生化研究上有重要意义.232-4.gif (3079 bytes)
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    2 直链中的应用

    除许多天然产物的合成利用低价钛分子内偶联反应构建环系外,分子间的偶联反应也广泛用于天然产物的合成.如艾滋病毒蛋白酶抑制剂:C-2对称及假C-2对称的二胺醇和二醇的合成也可利用分子间McMurry片呐醇反应完成〔24〕.虽然立体选择性差[(31)∶(32)∶(33)=2∶1∶1],但(31)~(33)这3个异构体经脱保护基均对艾滋病毒蛋白酶有很好的抑制作用.233-1.gif (3534 bytes)

    人们发现具有1-芳氧基-3-烷氨基-2-丙醇结构的天然产物对肾上腺素β受体有阻断活性,Bermudez〔25〕用低价钛反应将二卤代卡宾和二苄基缩醛偶联,又经与胺反应脱卤,成功而又简便地构建了氨基-2-丙醇母链.此法的关键是控制并减少副产物烯(35)的生成,为此可使用与Ti(0)不易配位的溶剂THF.233-2.gif (2702 bytes)
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    另外,分子间低价钛羰基还原偶联反应不仅能合成对称的烯烃,也可以通过分子间混合偶联反应合成不对称烯烃,但通常只适用于一种原料过量且生成产物易于分离的反应〔26〕.233-3.gif (1457 bytes)

    抗肿瘤药异三尖酯碱isoharringtonine(37)〔27〕是利用低价钛交叉偶联反应合成的.233-4.gif (4016 bytes)

    总之,具有二醛二酮、酮醛和酮酯的羰基化合物的低价钛分子内和分子间偶联反应可合成多种天然产物及其中间体,随着研究的深入,用于羰基还原偶联的低价钛试剂也将会有很大的进展,其应用范围将进一步扩大,为有机合成化学增添更丰富的内容.
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    致谢:承赵知中教授审阅全文,特此致谢.

    王琳:通讯联系人

    参考文献

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    收稿日期:1999-04-28, http://www.100md.com