北京大学深圳研究生院叶涛课题组 Org. Lett.：HA 23 的全合成、立体化学鉴定和结构修正

导读

在药物分子开发过程中，天然产物的结构解析，尤其是其立体化学的准确判定，始终具有关键意义。尽管核磁共振（NMR）和质谱（MS）等多种光谱技术已被广泛应用于结构鉴定，但错误解析的案例仍屡有报道。因此，通过化学全合成与天然分离物的比对成为验证和修正结构的重要手段。

2002年，Munro 及其同事从镰刀菌属真菌（CANU-HA 23）中分离并报道了一种新的环酯肽 HA 23。该分子具有由三个片段——聚酮基单元、哌啶酸以及 O-异戊烯基取代的酪氨酸——共同构成的肽-聚酮杂合十二元大环。利用 Marfey 方法，研究者确认了两个氨基酸残基的绝对构型均为 S型，但聚酮片段的立体化学仍未能确定。

在本研究中，作者基于其先前提出的“生物化学导向规则”（Biochemistry-based Rule），对 HA 23 聚酮片段的五个手性中心进行了立体化学预测。然而在合成过程中，他们意外观察到大环化反应中 ʟ-酪氨酸残基的差向异构化副产物，恰与天然产物 HA 23 的真实结构相符。由此，研究者修正了酪氨酸的构型为 R型，最终完成了HA 23 的全合成与立体化学确证。

前沿科研成果

图 1 基于生物化学导向规则推导的HA 23预测结构（1'）

作者首先将其课题组先前提出的Biochemistry-based Rule 应用于天然产物 HA 23，用以预测其聚酮片段的绝对构型。结合分离研究中报道的两个氨基酸的 S构型，作者据此提出了预测结构1′，并在此基础上进一步展开了合成研究。

图 2 HA 23（1'）的逆合成分析

作者对HA 23的逆合成分析如图2所示。鉴于大环内酰胺键的构建相较于大环内酯更为容易，作者将环化位点设定在酪氨酸与哌啶酸之间。一方面，若选择酪氨酸与聚酮酸之间的酰胺键作为关环点，则将受到聚酮酸β位OTBS基团的显著空间阻碍；另一方面，采用脯氨酸或其类似物（如哌啶酸）作为关环单元，有利于顺式酰胺构型的形成，使线性前体更趋于环化。与此同时，考虑到酪氨酸O-异戊烯基对酸条件不稳定，作者提出以烯丙基保护，并在后期通过烯烃复分解转化为目标取代基。基于上述设计，HA 23被推导至中间体2，该中间体可由聚酮酸3与两个氨基酸经酰胺化与酯化反应构建而成；而中间体3则源于化合物4的Paterson anti-aldol反应。化合物4可由化合物5经Julia–Kocienski烯基化与随后的氢化反应获得，从而形成一条简洁且可行的合成路线。

图 3 大环化合物19和13-epi-9的合成路线

如图3所示，合成路线起始于已知化合物6，其经臭氧化及NaBH₄还原得到伯醇7。化合物7在Mitsunobu条件下转化为硫醚8，并经m-CPBA氧化为砜9。随后，砜9与已知醛5进行Julia–Kocienski烯基化反应：在KHMDS条件下生成E-烯烃4（E/Z > 19:1），产率63%，但伴随OTES消除副产物；改用LiHMDS后产率提高至97%，但选择性下降至E/Z = 3:1。烯烃4经Pd/C氢化与Bn脱除得到伯醇11，再经Dess–Martin氧化为醛，并与乙基酮12进行Paterson anti-aldol反应，得到高产率和高非对映选择性的醇13。仲醇TBS保护后，经过还原、Bz水解、高碘酸氧化与Pinnick氧化，转化为羧酸3。羧酸3与L-酪氨酸衍生物15缩合生成16，继而在PPTS/MeOH条件下脱TES保护基，所得二醇在Yamaguchi条件下与Fmoc-L-哌啶酸18酯化，得到化合物2。化合物2在二乙胺/乙腈条件下同时去除Fmoc与Fm保护基，所得前体在HATU介导下关环，分别生成目标大环19（40%）及13-epi-19（31%）。后者的生成可能源于酪氨酸活化酯阶段的部分消旋。最终，经Marfey法分析证实，19含L-酪氨酸，而13-epi-19含D-酪氨酸。

图 4 HA 23的后期合成路线

在确证大环化合物中酪氨酸的立体化学之后，作者进一步推进了HA 23的全合成研究。具体而言，化合物19在Grubbs II催化剂作用下与2-甲基-2-丁烯发生烯丙基化反应，顺利构建了O-异戊烯基取代基。随后，经全面脱保护处理，最终获得目标分子1'。此外，其差向异构体13-epi-19亦在相同条件下转化为13-epi-1'。

图 5 合成的1'/13-epi-1'与HA 23 分离样品的13C NMR位移差值图

在获得预测结构1'并完成其表征后，作者注意到其核磁谱数据与天然产物HA 23 的谱图存在显著差异。相比之下，13-epi-1'的碳氢谱、HRMS及旋光数据与天然产物高度一致，从而确认HA 23 中的酪氨酸单元应修正为ᴅ型。

图 6 从H-ᴅ-Tyr(O-all)-Fm（epi-15）出发合成13-epi-19

作者进一步尝试了与HA 23真实结构相对应的大环化合物13-epi-19的合成。具体而言，以ᴅ-酪氨酸衍生物epi-15与聚酮酸3进行缩合，随后依次经历TES脱羟基保护、与Fmoc-ʟ-哌啶酸18的酯化、Fmoc/Fm双保护基去除以及关环反应，顺利获得目标分子13-epi-19。值得强调的是，在关环过程中未观察到消旋现象。这一发现揭示了：当12元环肽采用ʟ-ʟ氨基酸对作为关环单元时，其C端容易发生差向异构化，而若选择ᴅ-ʟ氨基酸对，则能显著抑制这一副反应。

总结

综上，作者基于Biochemistry-based Rule成功预测了HA 23的聚酮片段立体构型，并结合分离报道推测的氨基酸绝对构型，提出了预测结构。然而，合成及表征结果表明，该预测结构与天然产物并不一致。令人意外的是，在关环过程中生成的差向异构体却与天然产物HA 23完全吻合，由此证实了HA 23中酪氨酸残基的真实构型应修正为R型。最终，研究团队以最长线性步骤18步、总收率6.9%完成了HA 23的首次全合成。该研究不仅验证了预测方法的有效性，更凸显了全合成在天然产物结构鉴定与修正中的关键作用。相关成果发表于

Organic Letters

文献详情：

Total Synthesis, Stereochemical Assignment, and Structural Revision of HA 23

Jiaxuan Feng,Junyang Liu*,Tao Ye*

Org. Lett.

https://doi.org/10.1021/acs.orglett.5c02933

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