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JACS:Enteropeptin A的全合成及其立體化學(xué)的確定

來(lái)源:化學(xué)加原創(chuàng)      2024-07-17
導(dǎo)讀:近日,美國(guó)布蘭迪斯大學(xué)Chi P. Ting課題組報(bào)道了一種抗菌肽(antimicrobial sactipeptide)Enteropeptin A的全合成及其結(jié)構(gòu)確定。Enteropeptin A中含有一個(gè)具有未確定立體化學(xué)構(gòu)型的硫代氨基縮酮(thioaminoketa)基團(tuán),該基團(tuán)嵌入一個(gè)極不尋常的硫代嗎啉(thiomorpholine)環(huán)中。在該合成中,涉及通過(guò)二硫代磷酸(dithiophosphoric)催化含有脫氫氨基酸和側(cè)半胱氨酸殘基的線性肽的MarkovnikovHydrothiolation過(guò)程。這種環(huán)化反應(yīng)形成Enteropeptins中的中心硫代嗎啉環(huán)。在Enteropeptin A未確定的硫代氨基縮酮立體中心制備了兩種非對(duì)映異構(gòu)體,并且將它們與真實(shí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,并確認(rèn)了天然產(chǎn)物的立體化學(xué)為D構(gòu)型。Enteropeptin A的全合成代表了迄今為止塞克肽類(sactipeptide)的首次全合成。文章鏈接DOI:10.1021/jacs.4c06126

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(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.


正文

塞克肽(sactipeptides)是核糖體合成和翻譯后修飾肽(RiPPs)的一個(gè)亞類,由硫與α-碳鍵定義,稱為sactionine。許多塞克肽具有抗菌活性,是一類很有前途的新型抗菌化合物。塞克肽是從線性核糖體肽開(kāi)始生物合成的,該肽在半胱氨酸的硫醇和另一個(gè)氨基酸殘基的α-碳之間進(jìn)行環(huán)化。所得到的環(huán)肽含有立體確定的硫代氨基縮酮,在該天然產(chǎn)物家族的L和D立體化學(xué)構(gòu)型中都發(fā)現(xiàn)了這種縮酮。化學(xué)加——科學(xué)家創(chuàng)業(yè)合伙人,歡迎下載化學(xué)加APP關(guān)注。

Enteropeptins A?C(1?3)是2022年從人類腸道微生物盲腸腸球菌中分離出來(lái)的塞克肽(Figure 1a)。Enteropeptin A(1)是一種窄譜抗菌劑,對(duì)其產(chǎn)生的生物體具有抑菌活性。Enteropeptins B(2)和C(3)是其相關(guān)的化合物,它們與1的區(qū)別分別在于單個(gè)氨基酸的縮短或延伸。然而,由于Enteropeptins A的分離產(chǎn)率較低,天然產(chǎn)物尚未通過(guò)NMR直接表征,并且在其硫代氨基縮酮碳上具有未確定的立體化學(xué)構(gòu)型。2003年,Vederas課題組(J. Am. Chem. Soc.2003125, 4726.)首次合成了線性Sactionine。2022年,Malins課題組(Org. Lett. 202224, 3680.)報(bào)道了通過(guò)α-溴甘氨酸衍生物與半胱氨酸硫醇的烷基化合成含thioaminal的肽,這是獲得塞克肽的一種潛在策略。到目前為止,還沒(méi)有關(guān)于塞克肽天然產(chǎn)物的化學(xué)合成的報(bào)道。

首先,作者進(jìn)行了逆合成分析(Figure 1b)。Enteropeptin A可由中心硫代嗎啉砌塊5N-末端二肽砌塊4C-末端三肽砌塊6通過(guò)酰胺鍵形成反應(yīng)構(gòu)建。砌塊5可由砌塊7經(jīng)分子內(nèi)的環(huán)化反應(yīng)制備。砌塊7可由脫氫氨基酸9經(jīng)烯酰胺的質(zhì)子化制備,涉及使用Br?nsted酸催化劑(DTPA)。    

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(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.

epi-Enteropeptin A(epi-1)的全合成(Scheme 1)。以N-芐氧羰基-2-磷酰甘氨酸三甲酯(10)為初始底物,在Pd/C/H2/MeOH條件下進(jìn)行脫保護(hù),可以幾乎定量的收率得到砌塊11。砌塊11與Phth-Gly-OH(12)在NMM(N-甲基嗎啉)/IBCF(氯甲酸異丁酯)/THF條件下進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng),可以81%的收率得到二肽砌塊13。砌塊13與醛化合物14在TMG(四甲基胍)/DCM條件下進(jìn)行Horner?Wadsworth?Emmons反應(yīng),可以80%的收率得到砌塊15。砌塊15在LiI/EtOAc條件下進(jìn)行去甲基化反應(yīng),可以56%的收率得到羧酸砌塊16。砌塊16L-Cys(STrt)-OMe(17)在EDCI(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸鹽)/HOAt/NMM(N-甲基嗎啉)條件下進(jìn)行酰胺形成反應(yīng),可以61%的收率得到砌塊18。同時(shí),砌塊18在TFA/TIS/DCM條件下進(jìn)行脫保護(hù)反應(yīng),可以92%的收率得到硫醇砌塊19。然而,利用砌塊19制備砌塊20的多種策略,均未能成功。通過(guò)對(duì)反應(yīng)條件的大量嘗試后發(fā)現(xiàn),當(dāng)以二硫代磷酸8(0.05 equiv)作為催化劑,PhCF3作為溶劑,在微波條件下150 oC反應(yīng)2 h,可以60%的收率得到砌塊20,是單一的非對(duì)映異構(gòu)體(Table 1)。值得注意的是,砌塊20的X-射線晶體分析表明,該過(guò)程發(fā)生了環(huán)化反應(yīng),僅得到L-硫代氨基縮酮。砌塊20在H2NCH2CH2NH2/CH2Cl2/MeOH條件下選擇性的去除鄰苯二甲酰亞胺保護(hù)基,并在NMM/HOAt/EDC·HCl條件下進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng),可以兩步61%的總收率得到五肽砌塊21。砌塊21在LiOH/MeOH/H2O條件下進(jìn)行甲酯的水解,并與胺化合物6在EDC·HCl/HOAt/NMM/DMF條件下進(jìn)行酰胺形成反應(yīng),可以兩步71%的總收率得到八肽砌塊S3。砌塊S3在TMSBr/茴香硫醚/TFA條件下進(jìn)行全脫保護(hù)反應(yīng),可以59%的收率得到epi-1。    

Enteropeptin A(1)的全合成(Scheme 1)。利用ent-17制備的ent-20為底物,其含有D-硫代氨基縮酮以及在半胱氨酸α-立體中心具有D-立體化學(xué)構(gòu)型。ent-20在DBU/DCM條件下進(jìn)行三次循環(huán)的差向異構(gòu)化,可以72%的總收率得到砌塊23。砌塊23在LiI/EtOAc條件下去甲基化反應(yīng),并與胺化合物6在EDC·HCl/HOAt/NMM/DMF條件下進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng),可以兩步76%的總收率得到六肽砌塊25。砌塊25在H2NCH2CH2NH2/CH2Cl2/MeOH條件下選擇性的去除鄰苯二甲酰亞胺保護(hù)基,并與化合物4在NMM/HOAt/EDC·HCl條件進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng),可以兩步53%的總收率得到砌塊26。砌塊26在在TMSBr/茴香硫醚/TFA條件下進(jìn)行全脫保護(hù)反應(yīng),可以81%的收率得到Enteropeptin A(1)。    

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(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.

砌塊19制備砌塊20的Markovnikov Hydrothiolation條件篩選(Table 1)。    

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(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.

在獲得上述1epi-1后,作者對(duì)Enteropeptin A的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)鑒定(Figure 2)。通過(guò)真實(shí)與合成的Enteropeptin A的LC/MS分析結(jié)果表明,真實(shí)的Enteropeptin A與合成的1D-硫代氨基縮酮)完全重疊,但與合成的epi-1L-硫代氨基縮酮)完全不重疊。這些結(jié)果表明,Enteropeptin A具有D-硫代氨基縮酮單元。    

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(圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.


總結(jié)

美國(guó)布蘭迪斯大學(xué)Chi P. Ting課題組報(bào)道了一種14步全合成Enteropeptin A的路線。其中,有機(jī)催化非對(duì)映選擇性環(huán)化以形成硫代嗎啉環(huán)骨架是反應(yīng)的關(guān)鍵。隨后,半胱氨酸α-質(zhì)子的差向異構(gòu)化產(chǎn)生用于合成Enteropeptin A的所需非對(duì)映異構(gòu)體。鑒于肽治療領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,立體選擇性產(chǎn)生環(huán)肽的方法將極大地促進(jìn)其制備,并助力評(píng)估其生物活性。除了RiPPs,作者還報(bào)道了非核糖體肽以及含有硫代氨基縮酮的epidithiodiketopiperazines(ETPs)的立體選擇性肽合成的其他例子。本文的合成描述了基于enteropeptin類天然產(chǎn)物合成硫代嗎啉肽的模塊化方法。隨著新一類RiPPs的發(fā)現(xiàn),從復(fù)雜分子合成的角度來(lái)看,開(kāi)發(fā)合成策略以獲得這一快速增長(zhǎng)的生物活性天然產(chǎn)物家族將是非常有可能。    

文獻(xiàn)詳情:

Yiwei Zhang, Shuvendu Saha, Yannik C. C. Esser, Chi P. Ting*. Total Synthesis and Stereochemical Assignment of Enteropeptin A. J. Am. Chem. Soc.2024, https://doi.org/10.1021/jacs.4c06126

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