【有机】哈佛Myers组JACS：强效林可酰胺类抗生素Iboxamycin的克级规模全合成
背景介绍：
林可酰胺类抗生素（Lincosamides）是一类可口服且无毒的抑菌剂，可以与细胞核糖体上的23S核糖体亚基结合，阻止翻译的进行。这类抗生素对革兰氏阳性菌和厌氧菌具有较强的抑制活性，主要包括林可霉素（Lincomycin, 1 in Figure 1）和克林霉素（Clindamycin, 2 in Figure1）。1963年，林可霉素被辉瑞普强公司（Upjohn）的科学家从土壤细菌Streptomyces lincolnensis的培养液中首次分离，并在1964年被FDA快速批准用于治疗革兰氏阳性菌引起的感染。接着在1970年，以林可霉素为原料，利用立体翻转的脱氧氯代，实现抗菌活性更强的克林霉素的半合成。由于人体内细菌对林可霉素和克林霉素的耐药性越来越强，急需开发新的林可酰胺类抗生素。
（图1，来源：J.Am. Chem. Soc.）
近五年以来，哈佛大学的Andrew G. Myers课题组一直在发展新的合成方法以合成新的林可酰胺类抗生素。作者认为下一代林可酰胺类抗生素候选物需要具有两个特点：1）对目前多种耐药性临床分离株需具有较好的抑制活性；2）能克服克林霉素用药会引起继发性梭状芽胞杆菌感染这一风险。通过该组内Matthew Mitcheltree博士和Katherine Silvestre博士的联合努力，发现了新的强效抗生素候选物Iboxamycin（3，Figure 1）。该化合物具有广谱抗菌生物活性，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、肠球菌临床分离株等都具有较好的抑制活性。同时，该化合物在体外安全性和小鼠药代动力学研究中表现较好，因此有必要实现其克级规模全合成，以便进一步研究其在小鼠感染模型中的表现。最近，该课题组通过调整和优化合成路线，成功实现Iboxamycin的克级规模实用化全合成。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.1c03529）。
逆合成分析：
（图2，来源：潜陶自绘）
从结构上来看，Iboxamycin可以通过双环氨基酸片段4和已知胺29发生酰胺化反应得到（图2）。片段4和相关立体中心的构建是实现Iboxamycin全合成的难点。因此，作者提出了如图Scheme 1所示的逆合成分析。以不对称烷基化反应为关键反应精准构建有机锌试剂8。有机锌试剂8和商业化试剂7发生Negishi偶联得到化合物6。通过开发新的立体选择性烯烃水合反应，将化合物6转化为双羟基缩醛5。化合物5再发生还原环化反应即可构建氧杂环庚烷片段，得到化合物4。下面分三部分详细介绍下全合成路线。
（图3，来源：J. Am. Chem. Soc.）
有机锌试剂8的制备和Negishi偶联反应：
（图4，来源：J. Am. Chem. Soc.）
以市售试剂11为起始原料，通过催化量DIBAL-H活化的格氏试剂高效制备所需的溴化镁试剂，所得溴化镁试剂再和二氧化碳反应得到羧酸12。12和13发生酰胺化得到化合物10。化合物10在LDA/LiCl条件下和甲基烯丙基溴发生不对称烷基化反应，以大于19:1的d.r.值得到化合物14。14的碳碳双键被铂碳氢气还原得到化合物9，9被LiH2NBH3（Lithium amidotrihydroborate）还原再碘化即可得到有机碘试剂16。
（图5，来源：J. Am. Chem. Soc.）
有机碘试剂16和现制的锌铜偶试剂发生反应得到有机锌试剂8。在钯催化剂催化下，有机锌试剂8和试剂7发生Negishi偶联，以57%的产率得到理想产物17，同时可以回收部分未反应的试剂7（38%）。化合物17脱去TBS保护基得到高烯丙醇中间体6。
双羟基缩醛5的制备：
（图6，来源：J. Am. Chem. Soc.）
接着作者尝试逆合成设计中最具挑战性的难题：通过同面且反马氏规则的水合作用，使化合物6的碳碳双键在位阻大的一面发生氧化，从而得到理想产物双羟基缩醛5。作者首先尝试了分子内硼氢化氧化反应策略（详见Table S1 in SI），但是只得到了非理想产物21。接着作者尝试了分子内硅氢化-氧化反应策略，通过大量条件筛选（详见Table S2-S5 in SI），以最高58%的两步反应总产率得到产物5。
（图7，来源：J. Am. Chem. Soc.）
氧杂环庚烷片段的构建及Iboxamycin的最终合成：
（图8，来源：J. Am. Chem. Soc.）
最后，作者尝试以化合物5为原料，通过转缩醛化-还原反应构建氧杂环庚烷片段。如Scheme 6所示，作者首先以甲醇/二氯甲烷为溶剂，在对甲苯磺酸一水合物促进下，以9:1的d.r.值得到化合物24。化合物24再发生还原反应，得到理想产物25和副产物26。将甲醇替换成六氟异丙醇，虽然可以得到单一立体构型的关环产物27，但还原后只能以51%的两步反应总产率得到产物25。为了简化操作提高产率，作者进行了如下改进：1）在转缩醛化反应中加入了活化分子筛除水；2）转缩醛化反应完全后，直接加入还原剂三乙基硅烷和另一份对甲苯磺酸一水合物（Scheme 7），最终以一锅法76%的产率得到产物25。产物25的羟甲基片段先被戴斯马丁氧化剂氧化成醛，接着在Pinnick氧化条件下氧化得到羧酸4。羧酸4和已知化合物29在DEPBT酰胺偶联试剂作用下，发生酰胺化，得到化合物30。30在钯碳氢气条件下脱去Cbz保护基即可得到Iboxamycin（3），实现其克级规模全合成（1.496 g）。以Iboxamycin为基础，作者制备了数种盐形式的化合物和磷酸酯前药化合物，以方便后期的盖伦制剂分析。
（图9，来源：J. Am. Chem. Soc.）
总之，Myers课题组以15步6.7%的克级规模总产率，实现了新型强效林可酰胺类抗生素Iboxamycin的全合成。采用的关键反应包括不对称烷基化反应、Negishi偶联反应，硅氢化-氧化反应和转缩醛化-还原反应。该克级规模全合成路线为工业化生产奠定了基础，有助于进一步研究其生物活性和药用价值。