David A. Evans“遗作”：黄曲霉毒素抑制剂Aflastatin A的全合成

首先，请允许本人在此篇文章开头向已故著名有机化学家David A. Evans教授表达自己崇高的敬意，David A. Evans教授的成就毋需多言。下面开始正文，篇幅较长，感谢CBG支持发表。

导读：

最近，已故著名有机化学家David A. Evans课题组报道了黄曲霉毒素抑制剂aflastatin A及其C3-C48降解片段的不对称全合成。该研究工作应用了以下关键的非对映选择性aldol反应：1）Felkin选择性“三苯基碳鎓催化”（“trityl-catalyzed”）Mukaiyama aldol反应（C15-C16）；2）反Felkin选择性硼（Cy₂BCl）介导的oxygenated aldol反应（C35-C36）；3）螯合控制/软烯醇化（chelate-controlled/soft enolization-based）aldol反应（C26-C27）。相关研究成果以全文形式发表在近期的《美国化学会志》上（J. Am. Chem. Soc. DOI: 10.1021/ jacs.2c08244）。

背景介绍（Figure 1）：

黄曲霉毒素（aflatoxins）是一类由曲霉菌属（Aspergillus genus）真菌产生的霉菌毒素，对哺乳动物具有强烈毒性和致癌性。杀菌剂能够控制黄曲霉菌的繁殖，但杀菌剂对哺乳动物有毒，并会引起耐药菌株的出现和蔓延。1996年，在筛选能特异性抑制黄曲霉毒素产生的微生物代谢物时，研究人员从链霉菌属（Streptomyces sp.）细菌MRI142的菌丝提取物中分离出了aflastatin A （AsA, 2, Figure 1）。生物活性研究显示，在不明显影响真菌生长的情况下，AsA和相关的聚酮类化合物blasticidin A（BcA, 3, Figure 1）能够抑制黄曲霉毒素B和G组的产生（IC₅₀= 0.07、0.04 μM）。结构方面，AsA和BcA是结构复杂的聚酮类天然产物，由高氧化态长烷基链和末端的3-acyltetramic acid片段组成。AsA含有29个手性中心、一个E型烯烃（C2-C3）和基于D-丙氨酸的tetramic acid（N1′-C6′）片段。AsA的碳链骨架包括富含立体化学中心的C3-C26聚乙酸酯/聚丙酸酯区域和一组密集含氧区（C8-C9二元醇、C27-C31五元醇和C33-C37内半缩醛）。此外，作为一个聚酮类化合物，AsA在几个意料之外的位置（C8、C28、C30、C34）也带有羟基。

（Figure 1, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

结构鉴定和纠正（Figures 2-4, Table 1）：

（Figure 2, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

2000年，Shohei Sakuda课题组通过对AsA数个降解片段的谱图分析（Figure 3），得出其绝对构型为Figure 1中的化合物1（J. Org. Chem. 2000, 65, 438-444）。2003年，Kishi课题组利用组内通用核磁数据库，分析得出AsA的C27-C31区域相对构型不是syn/syn/syn/syn (5, Figure 3)，而是anti/syn/syn/syn（6a, Figure 4）（J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14379−14393）。2007年，Shohei Sakuda课题组进一步通过对降解片段的谱图分析纠正了组内最初报道中的C8、C9和C28-C31位置的立体构型，确定BcA的绝对构型为Figure 1中的化合物3，AsA的绝对构型为Figure 1中的化合物2（Tetrahedron Lett. 2007, 48, 2527−2531）。

已故著名有机化学家David A. Evans课题组长期致力于应用组内发展的aldol反应实现聚乙酸酯/聚丙酸酯类天然产物的全合成（Figure 2）。受AsA的结构吸引，同时为了验证组内发展的不对称aldol反应，Evans课题组随之开始其全合成研究，相继报道了相关片段的合成（Org. Lett. 2005, 7, 3331−3333; Org. Lett. 2005, 7, 3335−3338; Burch, J .D. , Ph. D. Thesis, 2005; Beiger, J. J. Ph. D. Thesis, 2013; etc.）。除此外，McDonald、Ramana、Hosokawa课题组也报道了AsA相关片段的合成。最近，Evans课题组报道了AsA及其C3-C48降解片段的全合成，并通过合成的降解片段和自然形成的降解片段进行谱图对比分析（Figure 4, Table 1），证实Shohei Sakuda课题组纠正后绝对构型的正确性。

（Figure 3, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

（Figure 4, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

（Table 1, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

合成计划（Scheme 1）：

Evans课题组的合成计划如Scheme 1所示。通过Mukaiyama aldol反应，将C3-C15醛片段9和C16−C26烯醇硅醚片段10偶联，连接C15-C16，得到C3-C26酮片段II；通过oxygenated aldol反应，将C27-C35醛片段11和C36-C48酮片段12a偶联，构建C35-C36的反式邻羟基，得到C27-C48醛片段III；通过螯合控制aldol反应，将C3-C26酮片段II和C27-C48醛片段III偶联，得到C3−C48片段I；最后，通过HWE反应将C3-C48片段I和tetramic acid衍生物8连接，实现AsA的全合成。

（Scheme 1, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

3个关键aldol反应研究：

在开展AsA的全合成前，作者对3个关键aldol反应开展了模板反应研究，包括以下a. b. c.三小节。

a. C35−C36 Oxygenated aldol反应研究（Table 2, Scheme 2, eq 1-4）：

（Table 2, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

（eq 1, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

作者首先研究连接C35-C36的Oxygenated Aldol反应。Table 2模板反应条件筛选显示，提高烯醇化反应温度、延长烯醇化反应时间并减少醛13的当量至0.5，能够取得最好的区域选择性和非对映选择性，是最优反应条件（entry 3）。以此为基础，作者研究了醛的面选择性。如eq 1所示，手性醛17参与的反应，主要得到非理想的Felkin产物19（anti/anti/anti）。相反，用丙酮叉保护邻双羟基的醛20参与的反应，得到理想的单一反Felkin产物21（anti/syn/anti, Scheme 2）。同时，手性酮12b和醛20、24、26反应也得到单一反Felkin产物23、25、27（anti/syn/anti, eq 2-4），证明丙酮叉保护邻双羟基的重要性。面选择性原因可能是TS A相比TS B没有受到醛侧链和烯醇化物间的非键相互作用影响（Scheme 2）。

（Scheme 2, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

（eq 2, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

（eq 3-4, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

b. C15−C16 Mukaiyama aldol反应研究（Schemes 3-5, eq 5-7）：

（Scheme 3, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

（Scheme 4, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

如Schemes 3-4所示，作者先前曾研究了C9-C27降解片段4的合成，利用硼介导的aldol反应，能够以中等产率和中等选择性连接C18-C19，得到Felkin产物34，34转化成4后可以验证AsA的绝对构型。为了进一步提高产率和选择性，作者计划利用Mukaiyama aldol反应连接C15-C16，以构建C3-C26片段。如Schemes 5所示，在三氟化硼乙醚介导下，会倾向于经同轴心（synclinal）过渡状态F发生Mukaiyama aldol反应，主要得到反Felkin产物38；相反，在大位阻路易斯酸Ph₃CClO₄介导下，会倾向于经反平面（antiperiplanar）过渡状态E发生Mukaiyama aldol反应，主要得到理想Felkin产物37。同时，在Ph₃CClO₄介导的Mukaiyama aldol反应条件下，底物39或42也高选择性地转化成理想Felkin产物40或43（eq 5、7），证明该反应条件的可行性。

（Scheme 5, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

（eq 5-7, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

c. C26−C27螯合控制aldol反应研究（Schemes 6-9, eq 8-9）：

（Scheme 6, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

作者最初选择硼介导的oxygenated aldol反应连接C28-C29，以构建C26-C29的anti/syn/syn/syn立体构型。如Schemes 6所示，模板反应研究显示，利用硼介导的aldol反应结合DIBAL-H还原，能够以高产率和高选择性得到理想产物47。但是，该反应条件下需要2当量酮45，不适合作为后期合成的关键反应，因此作者转向利用螯合控制aldol反应来连接C26-C27，构建理想片段。

（Scheme 7, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

（eq 8, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

作者首先使用螯合控制Mukaiyama aldol反应来连接C26-C27。Scheme 7的模板反应显示，简单醛48和烯醇醚36可以在碘化镁螯合控制下，经中间体I或I’发生Mukaiyama aldol反应，得到理想的1,3-anti产物49。醛50参与的反应显示，在溴化镁乙醚螯合控制下，能够以更高的选择性得到理想产物（eq 8）。但是，更复杂的烯醇硅醚52和醛50反应，会经过不稳定的中间体J发生消除，得到副产物54（Scheme 8）。为此，作者计划探索螯合控制/软烯醇化aldol反应。如Scheme 9和eq 9所示，在添加弱碱后的溴化镁螯合控制aldol反应条件下，醛可以和酮直接发生加成，得到理想的1,3-anti产物57。其中位阻较大的弱碱PMP效果最好，可以避免醛或酮的二聚，这验证了Scheme 1中计划的合理性。

（Scheme 8, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

（Scheme 9, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

（eq 9, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

天然产物AsA的全合成：

在通过模板反应研究清楚关键的反Felkin选择性硼介导oxygenated aldol反应、Felkin选择性三苯基碳鎓催化aldol反应、螯合控制/软烯醇化aldol反应后，作者开始合成Scheme 1逆合成分析中的片段I、II、III，并完成天然产物AsA的全合成，包括以下a. b. c. d.四小节。

a. C3−C26酮片段II的合成（Schemes 10-14）：

作者希望通过如Scheme 10所示的计划实现C3-C26酮片段II的合成。该逆合成计划采用C3-C7碘化物58和C8-C15醛59间的螯合控制烷基金属化物加成反应，以实现C3-C15醛9的合成，通过醛60和Chan二烯61间的Mukaiyama aldol反应实现C16-C26烯醇硅醚10a的合成。9和10a再通过Mukaiyama aldol反应，转化成C3-C26酮片段II。

（Scheme 10, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

如Scheme 11所示，以62和63为原料，经铜催化的对映选择性氧杂D-A反应、底物控制加氢还原、硅氢还原、酯还原、Appel碘化反应、碘-锂交换碎片化、苄基保护羟基、臭氧裂解烯基-还原、Appel碘化反应共9步反应，得到C3-C7碘化物58。

（Scheme 11, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

如Scheme 12所示，以噁唑烷酮70和肉桂醛71为原料，经Bu₂BOTf₂介导的顺式aldol反应、Weinreb酰胺化、苄基保护羟基、酰胺还原、Cy₂BCl介导反式aldol反应、TES保护羟基、1,3-顺式还原、Weinreb酰胺化、脱TES、丙酮叉保护1,3-二羟基、臭氧裂解烯基、螯合控制烷基锂化物加成反应、TBS保护羟基、酰胺还原共15步反应，得到C3-C15醛9。

（Scheme 12, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

如Scheme 13所示，以噁唑烷酮试剂70和2-甲基丙烯醛80为原料，经Bu₂BOTf₂介导顺式aldol反应、TBS保护羟基、底物控制硼氢化氧化-内酯化反应、Weinreb酰胺化、Parikh–Doering氧化、Wittig反应、酰胺还原、Feklin选择性三苯基碳鎓介导aldol反应、脱TMS、1,3-顺式还原、TMS保护羟基、铈介导烯丙基硅烷化、脱TMS和TBS、TIPS保护C23羟基、丙酮叉保护1,3-二羟基、Wacker氧化、烯醇硅醚化共17步反应，得到C16-C26烯醇硅醚10a。

（Scheme 13, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

如Scheme 14所示，醛9和烯醇硅醚10a，经Feklin选择性三苯基碳鎓介导aldol反应、脱TMS、1,3-顺式还原、丙酮叉保护1,3-二羟基、臭氧裂解烯基共5步反应，转化成所需C3-C26酮89（酮片段II）。

（Scheme 14, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

b. C27−C48醛片段III的合成（Schemes 15-17）：

作者希望通过如Scheme 15所示计划实现C27-C48酮片段III的合成。该逆合成计划先用C27-C31醛90和C32-C35酮91间的螯合控制/软烯醇化aldol反应合成C27-C35醛11，11再和C36-C48酮12a发生反Felkin选择性oxygenated aldol反应，即可得到C27-C48酮片段III。

（Scheme 15, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

如Scheme 16所示，以醛92和噁唑烷酮试剂93为原料，经Bu₂BOTf₂介导顺式aldol反应、TES保护羟基、还原、Parikh–Doering氧化、螯合控制/软烯醇化aldol反应、1,3-顺式还原、脱TES、脱PMB、苄基保护三羟基、丙酮叉保护1,3-二羟基、脱TBDPS、Parikh–Doering氧化共12步反应，得到C27-C35醛11。

（Scheme 16, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

如Scheme 17所示，醇98和乙酸烯丙酯发生铱催化氢转移烯丙基化反应，得到高烯丙醇99，99再经TES保护一级羟基、Parikh–Doering氧化转化成酮12a。12a和C27-C35醛11经Cy₂BCl介导oxygenated aldol反应、TES保护-脱丙酮叉、Ac保护一级羟基、TBS保护二级羟基、还原脱Ac、Parikh–Doering氧化共6步反应，转化成C27-C48醛104（醛片段III）。

（Scheme 17, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

c. C3−C48片段I的合成（Scheme 18）：

如Scheme 18所示，C3-C26酮89（酮片段II）和C27-C48醛104（醛片段III）经螯合控制/软烯醇化aldol反应、1,3-顺式还原两步反应转化成C3-C48酮105。105在氟硅酸促进下脱去丙酮叉和硅烷保护基并发生环化，得到内半缩醛106。106经钯碳/氢气脱苄基，可以转化成C3-C48降解片段6a。106也可经甲醚化-钯碳/氢气脱苄基，转化成降解片段6b。6b可通过与氘代甲醇发生转醚化，得到降解片段6c。作者通过细致对比分析合成降解片段6a-6c和分离文献报道的核磁数据，确定所合成C3-C48降解片段6a的绝对构型是正确的，验证了天然产物AsA的绝对构型。

（Scheme 18, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

d. Tetramic Acid的构建和AsA的全合成（Schemes 19-22）：

（Scheme 19, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

在构建了C3-C48降解片段后，作者尝试构建Tetramic Acid，以完成AsA的最终合成。如Scheme 19所示，受C2位氢酸性降低的影响，难以直接通过磷酸酯8和醛的HWE反应构建E型烯基。因此，作者计划采用如Scheme 20所示合成策略，经HWE反应、酰胺键构建、环化3步反应构建Tetramic Acid和E型烯基。

（Scheme 20, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

如Scheme 21所示，作者以112为原料，经甲基化、磷化-氧化两步反应得到磷酸酯109。以氨基酸113为原料，经甲基化、乙酯化、脱Cbz 3步反应得到111的盐酸盐。

（Scheme 21, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

如Scheme 22所示，磷酸酯109和醛110经HWE反应得到E型烯烃116，116再与111的盐酸盐发生酰胺化反应和Lacey−Dieckmann环化反应，转化成Tetramic Acid 118。118在氟硅酸条件下，能够脱去丙酮叉和硅烷保护基（未导致C5’异构化），得到108，108可以转化成二乙胺盐形式

（Scheme 22, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

基于Scheme 22的模板反应，作者尝试应该该策略实现天然产物AsA的最终合成。如Scheme 23所示，C3-C48中间体105经还原脱5个苄基和TMS保护羟基、选择性脱C3位一级羟基TMS保护基、Parikh–Doering氧化共4步反应转化成醛121。121和磷酸酯109经HWE反应、再与111的盐酸盐经酰胺化、再经Lacey−Dieckmann环化3步反应，成功转化成Tetramic Acid 124。124在氟硅酸条件下，脱去丙酮叉和硅烷保护基并同步发生环化，得到天然产物2，实现AsA的全合成，2可以转化成二乙胺盐形式。2的相关谱图数据和分离文献一致。

（Scheme 23, 来源：J. Am. Chem. Soc.）

总结：
总之，已故David A. Evans课题组以3种aldol反应为关键反应，实现天然产物aflastatin A的不对称全合成。该合成路线经历的步骤数和产率为：1）从起始原料2-甲基丙烯醛开始，需经32步线型步骤和0.69%的总产率；2）从商业可得原料开始，所有合成共需95步反应。作者希望这3种aldol反应能在手性合成子和复杂分子的合成方面取得更多应用。

论文信息：
Total Synthesis of Aflastatin A
David A. Evans, Jason J. Beiger*, Jason D. Burch, Peter H. Fuller, Frank Glorius, Egmont Kattnig, David A. Thaisrivongs, William C. Trenkle, Joseph M. Young, and Jing Zhang
J. Am. Chem. Soc. DOI: 10.1021/jacs.2c08244

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