最近，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC）David Sarlah课题组和默克工艺研发部Niki R. Patel、David A. Petrone等人通过产学研合作方式，完成革兰氏阴性菌选择性抑制剂抗生素darobactin A的16步全合成。Darobactin A的两个大环是通过卤素选择性Larock吲哚合成法构建。相关研究成果发表在近期的《美国化学会志》上（J. Am. Chem. Soc. DOI: 10.1021/jacs.2c05891）。同时，斯克利普斯研究所Phil S. Baran课题组也在最近完成了darobactin A的全合成，两个吲哚大环的构建也是基于Larock吲哚合成法，这将在另一篇《抗生素Darobactin A全合成方法2》中详细介绍（请关注明天的CBG资讯推文哦）。
抗生素耐药性是人类健康最大威胁之一，会导致许多感染患者难以治疗。革兰氏阴性菌具有内外双层膜结构，相比只具有单层膜结构的革兰氏阳性菌更难治疗也更易产生耐药性。世界卫生组织已经将发展新的革兰氏阴性菌耐药性治疗方法放在关键优先级位置。因此，发现和合成新的抗生素显得至关重要。研究的目标是开发一个能涉及多种靶点的抗生素“工具箱”，以方便克服常规耐药途径。
2019年，Lewis课题组从细菌Photorhabdus中分离出一个新的抗生素darobactin A（1, Figure 1, top）。该抗生素是一个由核糖体合成和翻译后修饰的双大环七肽天然产物。Lewis课题组发现darobactin A对多种革兰氏阴性菌菌株具有强效的抑制活性，却对革兰氏阳性菌细菌株没有抑制活性。这种明显的选择性来源于一种新颖的作用机制。通过该机制能够规避革兰氏阴性菌不可穿透的外膜。该机制是指：darobactin A与位于病原体外膜上的细菌插入酶复合物BamA结合，从而导致外膜蛋白的折叠和插入中断。darobactin A的两个大环都需要将七肽骨架保持在模拟β-折叠的构象中并降低与BamA结合的熵值。这种新颖的作用模式有助于发现新的抵抗耐药性途径，并激励新型强效抗生素的开发。
（Figure 1, 来源：J. Am. Chem. Soc.）
为了进一步验证生物活性，同时深入理解darobactin
A和BamA间的作用机制，需要一定规模的darobactin
A。虽然基因表达是获得毫克级darobactin A的可靠途径，但化学全合成方法能够提供更充足的darobactin A。同时，化学全合成方法也能得到darobactin
A的相关衍生物，有助于darobactin A类分子多样化生物活性的发现。结构方面，darobactin A具有独特的双环结构，两个吲哚环位阻旋转所带来的阻转异构特征，使其全合成具有极大的挑战性。两个高张力的大环是通过非传统的方式连接：西侧15环是通过烷基-芳基醚将两个色氨酸的苄位和C7位连接，东侧14环是通过碳碳键将赖氨酸的β-碳和色氨酸的C6位连接。
最近，UIUC的David Sarlah课题组和默克工艺研发部合作完成了darobactin A的全合成。如Figure 1所示，该团队通过两次Larock吲哚环化反应来构建两个大环。最初的研究发现大环构建顺序会影响阻转异构的选择性（图1 in SI）。采取“一锅法”Larock吲哚合成法一次性构建两个大环或采取先构建西侧大环再构建东侧大环的方式，都会得到错误的阻转异构体产物。只有采取先构建东侧大环再构建西侧大环的方式，才能得到正确构型的天然产物darobactin A（图2 in SI）。为了实施正确的环化方式，作者规模化合成了二肽片段2-4和氨基酸片段5（Figure 1）。
（图1 in SI, 来源：J. Am. Chem. Soc.）
（图2 in SI, 来源：J. Am. Chem. Soc.）
Darobactin
A的全合成（Scheme 1）：
基于前期的环化反应研究，作者得出如Scheme 1所示全合成路线。作者首先尝试规模化合成二肽片段4（Scheme 1a）。以商业可得的D-Garner醛为起始原料，其和三甲基硅基乙炔经螯合作用控制的加成反应转化成化合物7（d.r.>20:1）。7和1-溴-3-氟-2-硝基苯发生芳香亲核取代反应，得到化合物8。8经硝基还原、氨基乙酰化和溴化铋脱去N,O-缩酮保护基得到一级醇10。10被氧化成酸后和O-苄基丝氨酸甲酯偶联得到化合物11，11在三甲基氢氧化锡条件下发生温和的甲酯水解即可得到二肽4。
（Scheme 1, 来源：J. Am. Chem. Soc.）
作者接着尝试规模化不对称合成β-二取代α-氨基酸5。如Scheme 1b所示，已知化合物12先发生自消除，再和溴苯化合物发生Heck反应得到化合物13，13发生溴化，以>20:1的Z:E比得到溴化物14。14和硼烷15经Suzuki−Miyaura偶联转化成四取代化合物16。作者利用高通量、高压实验对催化剂当量、手性配体、溶剂进行大量筛选后，得出还原反应最优条件，能以96%的高产率和99.3%的高e.e.值将16还原成中间体17。为了先合成东侧吲哚环，作者认为需要在化合物17的苯环乙酰氨基的邻位进行碘代，以方便后期吲哚合成转化中能选择性和17的衍生物发生氧化加成。因此，作者利用Glorius组报道的乙酰苯胺导向C-H碘化反应将化合物17转化成碘化物18，18脱去Cbz氨基保护基，即可规模化得到氨基酸5。
氨基酸5和二肽4偶联得到关键前体19。19经第一次Larock吲哚环化反应，成功构建东侧14元吲哚大环，以52%的产率和3:1的d.r.值得到理想产物20和其阻转异构体atrop-20（ROESY判断）。20经甲酯水解反应得到酸，然后和二肽3的三氟乙酸盐偶联得到化合物21。21先在盐酸条件下脱去TMS和Boc保护基，然后和炔基二肽2偶联，得到关键前体七肽22。七肽22经第二次Larock吲哚环化反应，成功构建西侧15元吲哚大环，以51%的产率得到产物23（ROESY判断）。最后，23经一锅法一次性脱去剩余的9个保护基，实现darobactin A的全合成（16 steps LLS）。在一锅法脱保护基反应中，作者先在TMSBr/TFA/PhSMe条件下脱去Trt、TES、Cbz和3个苄基保护基，然后加入乙二胺脱去Ac和Phth保护基。
总之，Sarlah课题组和默克工艺研发部的这项产学研合作研究项目，成功解决抗生素darobactin A的全合成问题。该研究工作有助于其它darobactin类天然产物的全合成。
Total Synthesis of
Darobactin A
Marko Nesic,‡ David B.
Ryffel,‡ Jonathan Maturano, Michael Shevlin, Scott R. Pollack,
Donald R. Gauthier, Jr.,
Pablo Trigo-Mouriño, Li-Kang Zhang, Danielle M. Schultz,
Jamie M. McCabe Dunn,
Louis-Charles Campeau, Niki R. Patel,* David A. Petrone,* and David Sarlah*
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