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Nat. Chem.:鄰取代苯環(huán)的飽和生物電子等排體:2-氧雜雙環(huán)[2.1.1]己烷

來(lái)源:化學(xué)加原創(chuàng)      2023-06-28
導(dǎo)讀:近日,烏克蘭基輔Enamine有限公司(Enamine Ltd, Kyiv, Ukraine)Pavel K. Mykhailiuk團(tuán)隊(duì)報(bào)道了具有改進(jìn)物理化學(xué)性質(zhì)的鄰取代苯環(huán)的飽和生物電子等排體:2-氧雜雙環(huán)[2.1.1]己烷。晶體學(xué)分析表明此類(lèi)結(jié)構(gòu)的確與鄰取代苯環(huán)具有相似的幾何性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明使用2-氧雜雙環(huán)[2.1.1]己烷來(lái)代替已上市的農(nóng)用化學(xué)品fuxapyroxad (BASF)和boscalid (BASF)中的苯環(huán),可以顯著改善它們的水溶性,降低了親脂性,最重要的是保留了生物活性。這為化學(xué)家在藥物化學(xué)和農(nóng)業(yè)化學(xué)中用飽和生物等排體取代生物活性化合物中鄰位取代的苯環(huán)提供了機(jī)會(huì),相關(guān)成果發(fā)表在Nat. Chem.上,文章鏈接DOI:10.1038/s41557-023-01222-0。

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(圖片來(lái)源:Nat. Chem.

正文

鄰二取代苯環(huán)結(jié)構(gòu)廣泛存在于300多種藥物和農(nóng)用化學(xué)品中(Fig. 1a)。在2008年,文獻(xiàn)中首次利用環(huán)丙烷作為鄰二取代苯環(huán)的飽和生物電子等排體出現(xiàn)在生物活性化合物中(Fig. 1b)。隨后,又接連出現(xiàn)1,2-二取代環(huán)戊烷和環(huán)己烷等。在過(guò)去的兩年中,化學(xué)家們對(duì)飽和雙環(huán)骨架的研究取得了相當(dāng)大的進(jìn)展,與之前所使用的單環(huán)骨架相比,雙環(huán)骨架的構(gòu)象具有一定的剛性。特別是1,2-二取代雙環(huán)[1.1.1]戊烷和雙環(huán)[2.1.1]己烷已被用作鄰二取代苯環(huán)的飽和生物電子等排體(Fig. 1c)。最近,烏克蘭基輔Enamine有限公司Pavel K. Mykhailiuk團(tuán)隊(duì)報(bào)道了新一代鄰取代苯環(huán)的飽和生物電子等排體2-氧雜雙環(huán)[2.1.1]己烷的制備、表征和生物活性,并證實(shí)其作為鄰取代苯環(huán)的飽和生物電子等排體可以有效改進(jìn)活性分子的物理化學(xué)性質(zhì)(Fig. 1c)。下載化學(xué)加APP到你手機(jī),更加方便,更多收獲。

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(圖片來(lái)源:Nat. Chem.

作者認(rèn)為利用光催化烯烴的[2+2]環(huán)加成是構(gòu)建環(huán)丁烷的有效手段。首先,作者利用商業(yè)可得的炔丙醇作為起始原料,通過(guò)兩步簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)化(銅催化格氏試劑進(jìn)攻炔丙醇和DABCO催化丙炔酸甲酯的Michael加成)即可實(shí)現(xiàn)二烯烴1的合成。由于1在柱層析過(guò)程中以及在室溫下儲(chǔ)存會(huì)發(fā)生降解,因此作者將未經(jīng)純化的粗品二烯烴1作為起始原料直接進(jìn)行隨后的光催化反應(yīng)(Fig. 2a)。通過(guò)一系列條件篩選,作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用368 nm光照射下,通過(guò)加入二苯甲酮對(duì)苯乙烯部分進(jìn)行三重敏化,在乙腈中室溫?cái)嚢?4小時(shí)可以以81%的產(chǎn)率得到混合異構(gòu)體產(chǎn)物1a (d.r.?=?~4:1)。此外,控制實(shí)驗(yàn)表明,在沒(méi)有光照的條件下,無(wú)論加熱與否反應(yīng)均不能發(fā)生(Table 1)。然而,當(dāng)作者利用柱層析法對(duì)混合異構(gòu)體進(jìn)行分離純化時(shí)卻僅以56%的產(chǎn)率得到主要異構(gòu)體1a。由此表明在同分異構(gòu)體的分離過(guò)程中存在一定的問(wèn)題,從而導(dǎo)致了明顯的產(chǎn)率損失。隨后,作者轉(zhuǎn)變思路,將粗產(chǎn)物直接皂化后并進(jìn)行重結(jié)晶可以以3步71%的產(chǎn)率得到純的主要異構(gòu)體1b。利用此方法可以在不需要柱層析的條件下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物1b的十克級(jí)規(guī)模合成。此外,晶體學(xué)分析表明此類(lèi)結(jié)構(gòu)的確與鄰取代苯環(huán)具有相似的幾何性質(zhì)(Fig. 2)。

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(圖片來(lái)源:Nat. Chem.

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(圖片來(lái)源:Nat. Chem.

在確定了最優(yōu)反應(yīng)條件后,作者對(duì)此反應(yīng)的底物范圍進(jìn)行了考察(Table 2)。芳環(huán)上不同位置的取代,如烷基(5a-8a)、氟原子(9a-11a)和氯原子(12a13a)、甲氧基(14a-16a)以及三氟甲基(17a-19a)均可兼容,以49-71%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的產(chǎn)物5b-19b。除此之外,此轉(zhuǎn)化還可以兼容一系列取代的吡啶(20a-24a)。在所有情況下,作者均通過(guò)柱層析分離得到了酯中間體5a-24a,并對(duì)其進(jìn)行了表征。然而,在克級(jí)規(guī)模合成過(guò)程中,作者直接使用光催化環(huán)化后的粗產(chǎn)物5a-24a進(jìn)行皂化。在一半的情況下,作者可以通過(guò)簡(jiǎn)單的重結(jié)晶得到最終的羧酸。但是在另外一半的情況下,仍然需要進(jìn)行柱層析。此外羧酸產(chǎn)物5b9b的結(jié)構(gòu)通過(guò)X-射線晶體學(xué)分析得到了證實(shí)。

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(圖片來(lái)源:Nat. Chem.

接下來(lái),作者對(duì)發(fā)展的飽和生物異構(gòu)體對(duì)生物活性化合物代謝穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了探索(Fig. 3)。在氟唑菌酰胺(fluxapyroxad)中,雙環(huán)[2.1.1]己烷結(jié)構(gòu)的引入會(huì)降低其代謝穩(wěn)定性(28)(Clint: 28 vs 35)(Fig. 3a)。然而,當(dāng)在其分子中引入2-氧雜雙環(huán)[2.1.1]己烷時(shí),其代謝穩(wěn)定性反而提高了(29) (Clint: 28 vs 23)。在啶酰菌胺(boscalid)中,雙環(huán)[2.1.1]己烷結(jié)構(gòu)的引入會(huì)增加其代謝穩(wěn)定性(30) (Clint: 26 vs 12),而當(dāng)引入2-氧雜雙環(huán)[2.1.1]己烷時(shí)會(huì)增加的更多(31) (Clint: 26 vs 3)(Fig. 3b)。所有三種化合物中,酞磺胺噻唑(phthalylsulfathiazole)及其兩種飽和類(lèi)似物32(Clint: 2 vs 0)和33(Clint: 2 vs 1),在代謝上均是穩(wěn)定的(Fig. 3c)。對(duì)于洛美他派(lomitapide),雙環(huán)[2.1.1]己烷骨架(34)(Clint: 55 vs 157)的引入會(huì)降低其代謝穩(wěn)定性,但2-氧雜雙環(huán)[2.1.1]己烷骨架(35)的引入會(huì)在一定程度上恢復(fù)其代謝穩(wěn)定性(Clint: 55 vs 87)(Fig. 3d)。

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(圖片來(lái)源:Nat. Chem.

最后,作者對(duì)殺菌劑fluxapyroxad和boscalid及其飽和類(lèi)似物28-31的抗真菌活性進(jìn)行了考察(Fig. 4)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,fluxapyroxad及其飽和類(lèi)似物2829在抑制真菌生長(zhǎng)方面表現(xiàn)出類(lèi)似的趨勢(shì)。此外,boscalid及其飽和類(lèi)似物3031也均能有效抑制真菌的生長(zhǎng)。

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(圖片來(lái)源:Nat. Chem.

總結(jié)

Pavel K. Mykhailiuk團(tuán)隊(duì)發(fā)展了新的鄰取代苯環(huán)的飽和生物電子等排體:2-氧雜雙環(huán)[2.1.1]己烷。晶體學(xué)分析表明此類(lèi)結(jié)構(gòu)的確與鄰取代苯環(huán)具有相似的幾何性質(zhì)。當(dāng)其引入到分子內(nèi)可以在保留生物活性的同時(shí)有效改善分子的水溶性、親脂性等理化性質(zhì)。此研究工作為化學(xué)家在藥物化學(xué)和農(nóng)業(yè)化學(xué)的研究中使用飽和生物電子等排體來(lái)代替生物活性化合物中的鄰取代苯環(huán)提供了機(jī)會(huì)。 

文獻(xiàn)詳情:

Pavel K. Mykhailiuk團(tuán)隊(duì)發(fā)展了新的鄰取代苯環(huán)的飽和生物電子等排體:2-氧雜雙環(huán)[2.1.1]己烷。晶體學(xué)分析表明此類(lèi)結(jié)構(gòu)的確與鄰取代苯環(huán)具有相似的幾何性質(zhì)。當(dāng)其引入到分子內(nèi)可以在保留生物活性的同時(shí)有效改善分子的水溶性、親脂性等理化性質(zhì)。此研究工作為化學(xué)家在藥物化學(xué)和農(nóng)業(yè)化學(xué)的研究中使用飽和生物電子等排體來(lái)代替生物活性化合物中的鄰取代苯環(huán)提供了機(jī)會(huì)。 
文獻(xiàn)詳情: 
Aleksandr Denisenko, Pavel Garbuz, Nataliya M. Voloshchuk?, Yuliia Holota, Galeb Al-Maali?, Petro Borysko?, Pavel K. Mykhailiuk*. 2-Oxabicyclo[2.1.1]hexanes as saturated bioisosteres of the ortho-substituted phenyl ring. Nat. Chem., 2023 https://doi.org/10.1038/s41557-023-01222-0.

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