孫盛鑫, 王 俠,2, 李圣坤*,,2

(1.貴州大學(xué) 綠色農(nóng)藥與農(nóng)業(yè)生物工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地/教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550025；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，南京 210095)

天然產(chǎn)物作為自然界中動(dòng)物、植物、昆蟲以及微生物的組成成分或其在適應(yīng)環(huán)境過程中所分泌的代謝產(chǎn)物，擁有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和豐富的生物學(xué)性質(zhì)，在新型醫(yī)藥和農(nóng)藥的開發(fā)中發(fā)揮重要作用[1]。其中，萜類化合物作為最大的一類植物次代謝產(chǎn)物，在農(nóng)業(yè)上被廣泛應(yīng)用于病蟲草害的防治，如芳樟醇，檸檬烯以及香芹酮等[2]。Drimane 醌/氫醌類化合物是由drimane 型萜類骨架通過雜合生源途徑與苯基、取代的苯基或氧化的苯基 (醌) 組成[3]，這兩部分在結(jié)構(gòu)上通過C(sp3)雜化的末端碳與C(sp2)雜化的芳環(huán)組合在一起 (圖式1)。在藥物化學(xué)中，富含C(sp3)雜化的化合物比含C(sp2)雜化的化合物具有更好的藥代動(dòng)力學(xué)(PK)和物理化學(xué)性質(zhì)[4]，因此C(sp2)-C(sp3)偶聯(lián)反應(yīng)及其在藥物先導(dǎo)發(fā)掘中的應(yīng)用引起廣泛關(guān)注[5]。化合物zonarol和isozonarol 是Fenical 等于1973 年從太平洋收集的棕色海藻Dictyopteris zonarioides中首次分離得到的，之后他們用CrO3將zonarol 和isozonarol 氧化得到了zonarone 和isozonarone[6]。1984 年，Kakisawa 等成功地從美國(guó)加利福尼亞灣收集的褐藻Dictyopteris undulat中分離得到了zonarone 和isozonarone[7]，結(jié)構(gòu)式見圖式1。在被分離之初zonarol 表現(xiàn)出抗真菌活性，后續(xù)被證實(shí)具有拒食活性、抗腫瘤活性、抗炎活性和殺藻活性。本課題組前期對(duì)zonarol 及其相關(guān)天然產(chǎn)物進(jìn)行了合成，其抗真菌活性測(cè)定結(jié)果初步證實(shí)zonarol 具有作為新型農(nóng)藥分子模型的潛力[8]。盡管drimane 醌/氫醌類天然產(chǎn)物具有豐富的藥理學(xué)性質(zhì)，但是面臨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜和來源有限等問題，使其藥理和農(nóng)用化學(xué)潛力未得到充分研究和探索。本文就zonarol及其類似物的合成、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及生物活性方面的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述，旨在為基于drimane 醌/氫醌骨架的藥物先導(dǎo)研發(fā)奠定基礎(chǔ)并提供借鑒。

圖式1 ( ± )-zonarol 及其類似物的結(jié)構(gòu)Scheme 1 The structure of ( ± )-zonarol and its analogues

1 Zonarol 的生物活性、作用機(jī)制及藥理作用

天然產(chǎn)物zonarol 是drimane 醌/氫醌類中代表性化合物，在其被分離后，其天然類似物isozonarol、zonarone 和isozonarone 也被陸續(xù)報(bào)道。生物活性和藥理學(xué)研究表明，zonarol 及其類似物在農(nóng)業(yè)上具有抗菌、殺藻以及拒食等活性。除此之外，在抗腫瘤、抗氧化、免疫調(diào)節(jié)以及神經(jīng)保護(hù)等方面也有一定的應(yīng)用。

1.1 抗菌活性

1973 年，F(xiàn)enical 等從太平洋收集的棕色海藻D.zonarioides中首次分離出zonarol 和isozonarol，并發(fā)現(xiàn)其對(duì)樟疫霉菌Phytophthora cinnamomi、立枯絲核菌Rhizoctonia solani、核盤菌Sclerotinia sclerotiorum和齊整小核菌Sclerotium rolfsii都表現(xiàn)出中等程度的抑真菌活性[6,9]。1986 年，Mori 等合成了(+)-zonarol 和(-)-zonarol 并測(cè)試了其對(duì)6 種真菌的抑菌活性，發(fā)現(xiàn)(+)-zonarol 及其對(duì)映體對(duì)新型隱球菌Cryptococcus neoformans和釀酒酵母Saccharomyces cerevisiaeATCC 9763 表現(xiàn)出一定的抑制活性，但對(duì)熱帶念珠菌Candida tropicalisIFO 0006、煙曲霉菌Aspergillus fumigatus、煙曲霉菌Asp.Niger IFO 4417 和須毛癬菌Trichophyton mentagrophytes均沒有抑制活性[10]。值得注意的是，兩種對(duì)映體在所測(cè)定的生物活性方面并無差別[10]。2006 年，Joshi等發(fā)現(xiàn)，zonarol 對(duì)海魚分枝桿菌Mycobacterium marinum表現(xiàn)出良好的抑制作用[11]。2018 年，本課題組報(bào)道了(-)-zonarol 和(-)-isozonarol 及(-)-zonarone和(-)-isozonarone 的混合物對(duì)立枯絲核菌和核盤菌表現(xiàn)出中等的抗真菌活性，結(jié)果見表1[8]。

表1 (-)-zonarol、(-)-isozonarol、(-)-zonarone 和(-)-isozonarone 的抗真菌活性[8]Table 1 Antifungal activity of (-)-zonarol, (-)-isozonarol,(-)-zonaroneand (-)-isozonarone[8]

1.2 殺藻活性

以α-亞麻酸作為陽性對(duì)照，Ishibashi 等評(píng)估了zonarol 及其類似物在1 μg/mL 質(zhì)量濃度下對(duì)4 種代表性赤潮微藻種，即赤潮異彎藻Heterosigmaakashiwo、海洋卡盾藻Chattonella marina、古老卡盾藻Chattonella antiqua和長(zhǎng)江口水域異甲藻Heterocapsa circularisquama的殺藻活性 (表2)[12]。其中zonarol 和isozonarol 對(duì)赤潮異彎藻和長(zhǎng)江河口水域異甲藻顯示出良好的殺藻活性，isozonarol在1 μg/ml 下對(duì)長(zhǎng)江河口水域異甲藻的抑制率高達(dá)100%；zonarol的類似物(-)-yahazunol、(+)-zonaroic acid 以及(-)-chromazonarol 也表現(xiàn)出良好的殺藻活性。他們探究了zonarol 及其類似物的結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng) (+)-zonarol 的C-18 位羥基替換為羧基后，殺藻活性顯著降低。(+)-zonarol可以被視為(-)-yahazunol的脫水產(chǎn)物 (結(jié)構(gòu)式見圖式2)。從表2 中可以看出，(-)-yahazunol 的殺藻活性優(yōu)于(+)-zonarol，(+)-zonarol 的殺藻活性與其環(huán)化產(chǎn)物(-)-chromazonarol相當(dāng)[12]。由此得出zonarol 及其類似物的結(jié)構(gòu)與殺藻活性的關(guān)系(圖式2)：1) C-8 位羥基對(duì)殺藻活性至關(guān)重要；2) 苯環(huán)上取代基對(duì)殺藻活性有影響，其中羥基的活性優(yōu)于羧基；3) Drimane 與氫醌之間形成吡喃結(jié)構(gòu)對(duì)殺藻活性的影響不大。

表2 Zonarol 及其類似物在1 μg/mL 的殺藻活性[12]Table 2 Algicidal activity of zonarol and its related analogues at 1 μg/mL [12]

1.3 拒食活性

Kurata 等用纖維素板法在每個(gè)樣品為75 μg 的劑量下測(cè)試了化合物的拒食活性。結(jié)果表明，化合物zonarol、isozonarol、zonarone 及isozonarone 對(duì)幼鮑魚皺紋盤鮑Haliotis discus表現(xiàn)出較強(qiáng)的拒食活性，選擇性指數(shù) (EI)：zonarol = 0.85, isozonarol =0.78, zonarone = 0.92, isozonarone = 0.85[13]。

1.4 抗腫瘤活性

Laube 等發(fā)現(xiàn)，(+)-zonarol、(+)-zonarone 和(+)-isozonarol 對(duì)腫瘤細(xì)胞系小鼠成纖維細(xì)胞系(L-929) 和人類白血病細(xì)胞系 (K-562) 顯示出良好的細(xì)胞毒性 (表3)，此外(+)-zonarol 和 (+)-isozonarol 還對(duì)人類宮頸癌細(xì)胞系 (HeLa) 表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性[14]。Barrero 等在合成zonarol 相關(guān)天然產(chǎn)物的基礎(chǔ)上，對(duì)ent-isozonarol、ent-isozonarone和ent-chromazonarol 的抗腫瘤活性進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)ent-isozonarol 和ent-isozonarone 對(duì)腫瘤細(xì)胞系P-388、A-549、HT-29 和MEL-28均表現(xiàn)出良好的抑制作用，其中ent-isozonarol 對(duì)4 種腫瘤細(xì)胞系抑制作用的IC50值均小于1 μmol/L[15](表4)。

表3 (+)-zonarol、(+)-zonarone、(+)-isozonarol 和(+)-isozonarone 對(duì)腫瘤細(xì)胞系L-929、K-562 和HeLa 的細(xì)胞毒性活性[14]Table 3 Cytoxic activity against the tumour cell lines L-929, K-562 and HeLa of (+)-zonarol, (+)-zonarone,(+)-isozonarol and (+)-isozonarone[14]

表4 ent-isozonarol、ent-isozonarone 和 ent-chromazonarol對(duì)腫瘤細(xì)胞系P-388、A-549、HT-29 和MEL-28細(xì)胞毒性活性的IC50 值[15]Table 4 The IC50 values of ent-isozonarol, entisozonarone and ent-chromazonarol against tumour cell lines P-388, A-549, HT-29 and MEL-28[15]

圖式2 Zonarol 及其類似物的殺藻結(jié)構(gòu)活性關(guān)系Scheme 2 The structure and algicidal activity relationship of zonarol and its analogues

1.5 其他生物活性

為了尋找天然源的抗氧化劑，Kumagai 等發(fā)現(xiàn)，波紋網(wǎng)翼藻D.undulata的甲醇提取物具有較強(qiáng)的1,1-二苯基-2-苦艾肼(DPPH)自由基清除活性。研究表明，(+)-isozonarol 對(duì)DPPH 自由基清除活性強(qiáng)度最高，其 EC50值 (71 μmol/L) 與陽性對(duì)照α-生育酚 (EC50= 74 μmol/L) 相當(dāng)[16]，而(+)-isozonarol的氧化產(chǎn)物(+)-isozonarone (EC50= 145 μmol/L) 的抗氧化活性相對(duì)于(+)-isozonarol 有所減弱[17]。

3α-羥類固醇脫氫酶(3α-HSD)是炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵酶之一，Laube 等對(duì)(+)-zonarol 及其類似物進(jìn)行了抗炎活性測(cè)定，發(fā)現(xiàn)(+)-zonarol 和(+)-isozonarone 對(duì) 3α-羥類固醇脫氫酶(3α-HSD)有良好的抑制作用[18]。Yamada 等發(fā)現(xiàn)，(+)-zonarol在改善葡聚糖硫酸鈉 (DSS) 誘導(dǎo)的結(jié)腸損傷方面發(fā)揮了關(guān)鍵的作用[19]。Han 等研究并發(fā)現(xiàn)，(+)-zonarol可以明顯降低炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、肝脂質(zhì)沉積和氧化應(yīng)激[20]。

Shimizu 等發(fā)現(xiàn)，(+)-zonarone 能夠激活Nrf2/ARE 通路，誘導(dǎo)抗氧化酶，并保護(hù)神經(jīng)元細(xì)胞[21]。高濃度的谷氨酸可通過抑制胱氨酸內(nèi)流消耗細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽(GSH) 來誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，(+)-zonarol 在1 μmol/L 濃度下幾乎完全阻止了谷氨酸誘導(dǎo)的HT22 細(xì)胞死亡，其ED50(保護(hù)作用)值為0.22 μmol/L[22]。

此外，zonarol 可以作為NO 生成抑制劑[23]，還可作為脂肪酶抑制劑，有應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和化妝品行業(yè)的潛力[24]。

2 Zonarol 及其類似物的合成

圍繞drimane 骨架與醌/氫醌片段的C(sp2)-C(sp3)鏈接鍵的構(gòu)建，zonarol 所代表的drimane 醌/氫醌類化合物的合成策略主要包括Michael 加成反應(yīng)、芳基金屬試劑與羰基的親核加成反應(yīng)、Stille偶聯(lián)和多烯環(huán)化反應(yīng)、硼雜香紫蘇內(nèi)酯合成、Barton脫羧偶聯(lián)反應(yīng)及以脫羧硼化和Suzuki 偶聯(lián)反應(yīng)等。

2.1 以Michael 加成反應(yīng)為關(guān)鍵步驟合成

Welch 等最早開展了對(duì)(±)-zonarol 的全合成[25]。他們以化合物9 為起始原料，經(jīng)過12 步以總收率13.8%得到(±)-zonarol[26]。化合物9 經(jīng)過Wolff-Kishner 還原得到三甲基十氫化萘醇10，然后經(jīng)瓊斯氧化和甲基鋰的親核加成得到三甲基十氫化萘醇12，之后高溫脫水得到烯烴中間體13，中間體13 通過間氯過氧苯甲酸(m-CPBA) 處理后，以98% 的產(chǎn)率進(jìn)行環(huán)氧化得到環(huán)氧化合物14。用2-異丙基氨基鋰處理化合物14，實(shí)現(xiàn)環(huán)氧開環(huán)，接著用Collins 試劑氧化烯丙醇混合物，可得到化合物15?；衔?5 與2,5-二甲氧基苯基溴化鎂格氏試劑發(fā)生Michael 加成反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)drimane 與芳香環(huán)鍵連，然后用乙酸酐(Ac2O)處理，得到烯醇乙酸酯，再經(jīng)氫氧化鉀水解便可得到化合物16。化合物16 經(jīng)過Wittig 反應(yīng)得到zonarol 的二甲醚17，最后利用正丁基硫醇鋰脫甲基得到天然產(chǎn)物(±)-zonarol (圖式3)。其中化合物16 進(jìn)行甲基鋰處理后，再經(jīng)二甲基亞砜區(qū)域選擇性脫水可得到zonarol 的甲醚混合物(±)-zonarol 17 Δ8,12和 (±)-isozonarol 18 Δ7,8(1 : 4.8)，最后脫甲基便可得到天然產(chǎn)物(±)-isozonarol(圖式3)。該路線雖然步驟冗長(zhǎng)繁瑣，但可為后續(xù)合成(±)-zonarol 及其相關(guān)天然產(chǎn)物提供參考。

圖式3 (±)-zonarol 和 (±)-isozonarol 的首次合成[25]Scheme 3 First synthesis of (±)-zonarol and (±)-isozonarol[25]

盡管Welch 等完成了zonarol 的首次合成，但是它的絕對(duì)構(gòu)型仍是未知的。隨后，Mori 等完成了zonarol 的兩種對(duì)映體的全合成，并證實(shí)了天然產(chǎn)物(+)-zonarol 的絕對(duì)構(gòu)型[10]。

Mori 等[10]對(duì)zonarol 的合成主要分為兩個(gè)階段，首先是關(guān)鍵中間體20 的合成，如圖式4 所示。以香葉基丙酮yeranylacetone 19 為起始原料，經(jīng)過3 步反應(yīng)，以27.05%的產(chǎn)率合成了關(guān)鍵中間體β-羥基酯(±)-20[27]。用(R)-1-(1-萘基)乙基異氰酸酯對(duì)(±)-20 進(jìn)行衍生化，生成了化合物21 和22 的混合物，兩個(gè)非對(duì)映體可以通過柱層析輕松分離。最后用三氯硅烷(HSiCl3) 處理氨基甲酸酯21 和22，分別得到純化合物(-)-20 和(+)-20。

Mori 工作的第二階段就是將中間體20 的對(duì)映體轉(zhuǎn)化為zonarol 的對(duì)映體。首先用氫化鋁鋰還原(-)-20 得到二醇中間體23，再用對(duì)甲基苯磺酰氯(p-TsC1) 處理得到?；a(chǎn)物24，用瓊斯試劑將其氧化得到25，化合物25 的絕對(duì)構(gòu)型經(jīng)ORDCD 圖譜分析得到證實(shí)。用DBU 處理25 得到消除產(chǎn)物(-)-15，隨后與2,5-二甲氧基苯基溴化鎂格氏試劑發(fā)生Michael 加成實(shí)現(xiàn)了C(sp2)-C(sp3)的鍵連，然后通過Wittig 反應(yīng)、去甲基化得到天然產(chǎn)物(+)-zonarol，(+)-zonarol 再經(jīng)三氧化鉻氧化即可得到(+)-zonarone。從香葉基丙酮出發(fā)經(jīng)過12 步以2.6%的產(chǎn)率得到(+)-zonarol。根據(jù)相同操作處理(+)-15，可得到(-)-zonarol (總收率2.0%) 和(-)-zonarone。

圖式4 Zonarol 對(duì)映體的合成[10]Scheme 4 Synthesis of zonarol enantiomers[10]

Akita 等基于二醇(-)-23 實(shí)現(xiàn)了(+)-zonarol的立體選擇性合成[28]。首先通過(±)-23 和2-羥基-1-萘甲醛反應(yīng)得到了縮醛，然后以近乎100%的收率實(shí)現(xiàn)乙?；⒌玫搅讼鄳?yīng)的乙酸酯(±)-26；再通過?；窱 對(duì)化合物(±)-26 進(jìn)行立體選擇性的水解，得到水解產(chǎn)物(+)-27 和未反應(yīng)的(+)-26，對(duì)其催化氫化即可得到中間體二醇(+)-23 和(-)-23。在催化量的硫酸存在下用苯甲醛處理中間體(-)-23、高產(chǎn)率地獲得縮醛28，使用氫化鋁鋰-三氯化鋁還原體系制備了伯醇29。通過四溴化碳和三苯基膦處理，將29 通過Appel 反應(yīng)轉(zhuǎn)化為溴代物30；然后在Pd(OH)2/C 催化氫解脫除芐基、得到溴醇31。溴醇31 氧化得到溴酮中間體32；用1,8-二氮雜二環(huán)十一碳-7-烯(DBU)處理后使其發(fā)生消除反應(yīng)得到所需的α,β-不飽和酮中間體(-)-15。在碘化亞銅作用下，以(-)-15 與2,5-二甲氧基苯基格氏試劑進(jìn)行Michael 加成實(shí)現(xiàn)了C(sp2)-C(sp3)的鍵連，然后用乙酸酐處理，得到烯醇醋酸鹽，其水解為酮(-)-16。在正丁基鋰的存在下，(-)-16 與鏻鹽發(fā)生Wittig 反應(yīng)得到了烯烴(-)-17，再根據(jù)Mori 的方法即可得到(+)-zonarol (圖式5)。該合成路線立體選擇性強(qiáng)，但由于反應(yīng)步驟較多而影響了目標(biāo)化合物的總收率。

2.2 以芳基金屬試劑與羰基的親核加成反應(yīng)為關(guān)鍵步驟合成

親核加成反應(yīng)是另一種常用的獲取drimane 醌/氫醌類化合物的方法。該策略包括將醛作為倍半萜前體與芳基鋰試劑偶聯(lián)。1999 年，Barrero 等以(-)-香紫蘇醇((-)-sclareol)為起始原料高效合成了ent-isozonarol、ent-zonarol 及ent-isozonarone；并在此基礎(chǔ)上通過簡(jiǎn)單的酸誘導(dǎo)的親核環(huán)化高產(chǎn)率地獲得ent-chromazonarol[15](圖式6)。首先用OsO4將香紫蘇醇氧化為醛33，然后與合成的芳基鋰金屬試劑進(jìn)行親核加成反應(yīng)以總收率91%高效合成了關(guān)鍵中間體34。中間體34 再經(jīng)過氯化亞砜的處理，以97%的總收率得到了兩類烯烴異構(gòu)體35a 和35b 的混合產(chǎn)物。中間體35a 和35b 經(jīng)過多步轉(zhuǎn)化可高效制備一系列zonarol 相關(guān)類似物，包括ent-isozonarol、ent-isozonarone、entisozonarone 以及ent-chromazonarol。

圖式5 從(±)-23 合成(+)-zonarol[28]Scheme 5 Synthesis of (+)-zonarol from (±)-23[28]

圖式6 從(-)-香紫蘇醇合成ent-isozonarol、ent-zonarol、ent-isozonarone 和ent-chromazonarol[15]Scheme 6 Synthesis of ent-isozonarol, ent-zonarol, ent-isozonarone and ent-chromazonarol from (-)-sclareol[15]

2000 年，Schr?der 等以β-紫羅蘭酮 (β-ionone)為起始原料，通過將其轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵中間體(+)-albicanal 和(+)-drim-7-en-11-al，從而實(shí)現(xiàn)(+)-zonarol、(+)-zonarone、(+)-isozonarol 和(+)-isozonarone 的制備[29]。從β-紫羅蘭酮出發(fā)合成兩種手性中間體醛(+)-44 和(-)-47 的路線如圖式7所示。在Wilkinson’s 催化劑存在下，使用Et3SiH將β-紫羅蘭酮轉(zhuǎn)化為二氫-β-紫羅蘭酮38，然后與碳酸二甲酯進(jìn)行克萊森縮合得到單環(huán)酮酯39，接著使用四氯化錫(SnCl4)將其環(huán)化得到化合物(±)-40。(±)-40 經(jīng)過Wittig 反應(yīng)、水解反應(yīng)得到外消旋酸(±)-42。將酸(±)-42 與手性α-苯乙胺混合，通過乙醇的多次重結(jié)晶純化從而實(shí)現(xiàn)對(duì)映異構(gòu)體的有效拆分[30]。(+)-42 定量轉(zhuǎn)化為甲酯(+)-41，在Pd/CaCO3和三苯基膦作用下將其異構(gòu)化生成甲酯(-)-45。用二異丁基氫化鋁(DIBAH)將兩種酯(+)-41 和(-)-45 分別還原為相應(yīng)的醇(-)-albicanol(-)-43 和(+)-drim-7-en-11-ol (+)-46。用氯鉻酸吡啶(PCC) 氧化得到所需的醛(+)-albicanal (+)-44 和(-)-drim-7-en-11-al (-)-47。

在(+)-zonarone 和(+)-isozonarone 的合成中最重要的一步是倍半萜部分與芳烴單元的偶聯(lián)。在仲丁基鋰條件下，(+)-albicanal (+)-44 和(-)-drim-7-en-11-al (-)-47 分別與芳基鋰化合物發(fā)生親核反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了C(sp2)-C(sp3)的鍵連。該反應(yīng)雖然可高產(chǎn)率得到芐醇48 和50，但是它們是非對(duì)映異構(gòu)體的混合物。利用Li/NH3/NH4Cl 體系進(jìn)行11 位的去羥基化可定量地得到49 和 51，再經(jīng)脫保護(hù)即可得到(+)-zonarol 和(+)-isozonarol，最后用硝酸鈰銨(CAN)進(jìn)行氧化，得到所需的 (+)-zonarone 和(+)-isozonarone (圖式8)。

圖式7 合成(+)-albicanal 和(-)-drim-7-en-11-al[29]Scheme 7 Synthesis of (+)-albicanal and (-)-drim-7-en-11-al[29]

圖式8 合成zonarol、isozonarol、zonarone 和isozonarone Scheme 8 Synthesis of zonarol, isozonarol, zonarone and isozonarone

隨后在2002 年，Laube 等改進(jìn)了zonarol 和zonarone 的合成，提升了倍半萜與芳烴鏈接的產(chǎn)率，并在此基礎(chǔ)上完成了yahazunol 的制備[31]。該路線先用CAN/吡啶-2,6-二羧酸N-氧化物對(duì)(+)-44 進(jìn)行氧化、脫甲基處理，得到(+)-zonarone，再用連二亞硫酸鈉還原成(+)-zonarol。利用芐基保護(hù)zonarol 的酚羥基，再用m-CPBA 處理芐基醚54，得到環(huán)氧化物55 的非對(duì)映體混合物。用氫化鋁鋰進(jìn)行環(huán)氧開環(huán)得到56 (12%) 和57 (56%)?；衔?7 脫苯甲?；Ｗo(hù)，即可得到(-)-yahazunol(圖式9)。

圖式9 合成(+)-zonarol 和 (-)-yahazunol[31]Scheme 9 Synthesis of (+)-zonarol and (-)-yahazunol[31]

同年，Villamizar 等報(bào)道了以二萜(+)-邁諾醇((+)-manool)為起始原料合成 (-)-zonarol 和 (-)-zonarone的方法[32]。采用的核心策略與Seifert 課題組之前的報(bào)道相似，不同的是制備關(guān)鍵合成子(-)-albicanal(-)-44 的效率大大提高，所需步驟從之前的10 步縮短到4 步 (圖式10)。

圖式10 從(+)-邁諾醇合成(-)-zonarol 和 (-)-zonarone[32]Scheme 10 Synthesis of (-)-zonarol and (-)-zonarone from (+)-manool[32]

隨后，Villamizar 等又以二烯58 作為中間體合成了isozonarol Δ8,9和isozonarone Δ8,9(圖式11)[33]。首先二烯58 在m-CPBA 作用下進(jìn)行環(huán)氧化，再用硅膠負(fù)載的硼氫化鋅裂解環(huán)氧化物59，最后用TPPA 或者PCC 氧化即可得到(-)-bicyclofarnesal 63。在正丁基鋰存在下，芳基鋰化合物加成到醛63 上，以此為關(guān)鍵步驟成功得到芐醇64。芐醇64 經(jīng)過還原、氧化即可得到isozonarone Δ8,966，將其用連二亞硫酸鈉還原便可得到isozonarol Δ8,967。

2006 年，Villamizar 等在完成(-)-zonarol 制備的基礎(chǔ)上合成了 (+)-chromazonarol[34](圖式12)。首先(+)-邁諾醇經(jīng)過高錳酸鉀氧化成酮68[35], 在氧氣存在下，用叔丁醇鉀氧化裂解酮68 得到酸69,用氫化鋁鋰還原酸，隨后用四丙基高釕酸銨(TPAP)氧化醇，得到醛70，醛70 經(jīng)過Baeyer-Villiger氧化得到酯71，生成的甲酸酯用氫氧化鉀水解、再用四丙基高釕酸銨氧化后便可得到關(guān)鍵中間體(-)-albicanal (-)-44。在仲丁基鋰條件下，醛(-)-44與芳基鋰化合物發(fā)生親核加成反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)C(sp2)-C(sp3) 的鍵連，合成了異構(gòu)芐醇60。用Li/NH3/NH4Cl 還原芐醇 60，再經(jīng)脫保護(hù)即可得到(-)-zonarol，接著利用三氟化硼乙醚將其環(huán)化便可得到 (+)-chromazonarol。

圖式11 合成isozonarol Δ8,9 和isozonarone Δ8,9[33]Scheme 11 Synthesis of isozonarol Δ8,9 and isozonarone Δ8,9[33]

圖式12 合成(-)-zonarol 和 (+)-chromazonarol[34]Scheme 12 Synthesis of (-)-zonarol and (+)-chromazonarol[34]

2.3 以Stille 偶聯(lián)和多烯環(huán)化反應(yīng)為關(guān)鍵步驟合成

2006 年，Gans?uer 等利用Stille 偶聯(lián)和多烯環(huán)化作為關(guān)鍵步驟完成了(-)-zonarol 和(-)-zonarone的全合成 (圖式13)[36]。從香葉基香葉醇 (geranylgeraniol)出發(fā)合成關(guān)鍵中間體72[37-38]，然后與芳基錫烷偶聯(lián)得到環(huán)氧烯烴73。在Cp2TiCl2催化下化合物73 進(jìn)行多烯環(huán)化，然后再脫羥基得到(+)-17，之后用CAN 氧化得到(-)-zonarone，最后用Na2S2O4還原即可得到(-)-zonarol。

2014 年，Garai 等從乙酸金合歡酯 (farnesyl acetate) 出發(fā)，僅通過6 步反應(yīng)便合成了(-)-zonarone[39](圖式14)。首先，乙酸金合歡酯在氯磺酸處理下進(jìn)行多烯環(huán)化，得到二環(huán)drimane 衍生物75，中間體75 通過在堿性條件下水解，以總產(chǎn)率90%得到drimanol 類化合物76 和77 (物質(zhì)的量比1 :1)，最后中間體76 再經(jīng)過與芳基金屬試劑反應(yīng)和氧化反應(yīng)高產(chǎn)率得到(-)-zonarone。

2.4 通過硼雜香紫蘇內(nèi)酯合成

2012 年，Dixon 等描述了通過硼-香紫蘇內(nèi)酯模塊化地合成drimane 醌/氫醌類天然產(chǎn)物的方法[40]。如圖式15 所示，化合物83 是從香紫蘇內(nèi)酯出發(fā)通過5 步以59% 的產(chǎn)率得到的，其中包括，(+)-香紫蘇內(nèi)酯的還原、碘代、消除、水解和硼氫化。在K2S2O8和AgNO3的條件下，通過用過量的1,4-苯醌處理83，實(shí)現(xiàn)了C(sp2)-C(sp3)的鍵連，得到了(+)-chromazonarol。以(+)-chromazonarol為中間體可制備(-)-zonarone、(-)-isozonarone、(-)-zonarol、(-)-isozonarol 和isozonarol Δ8,9，這些化合物的合成比以前的方法更簡(jiǎn)潔，且產(chǎn)物具有多樣性。

2.5 以Barton 脫羧偶聯(lián)反應(yīng)為關(guān)鍵步驟合成

圖式14 通過乙酸金合歡酯合成(-)-zonarone[39]Scheme 14 Synthesis of (-)-zonarone from farnesyl acetate[39]

2018 年，本課題組從(-)-香紫蘇醇出發(fā)，以Barton 脫羧偶聯(lián)作為關(guān)鍵步驟，以最短步驟合成天然產(chǎn)物(+)-yahazunol[8]。合成途徑如圖式16 所示：在乙酸酐存在下，用高錳酸鉀氧化降解(-)-香紫蘇醇，以中等收率得到的8-乙酰基drimanic 酸84，酸84 與2-巰基吡啶氮氧化物在Steglich 酯化條件下縮合得到氧化還原活性酯85。在光照條件(250 W) 下，實(shí)現(xiàn)活性酯與苯醌的Barton 脫羧偶聯(lián)、從而完成了C(sp2)-C(sp3)的鍵連，合成了化合物86。在室溫下，用雷尼鎳處理化合物86 便可方便快速得到 (+)-yahazunol 的乙酸酯87，之后用氫化鋁鋰進(jìn)行還原便可得到(+)-yahazunol。接著用MnO2氧化(+)-yahazunol 后得到(+)-yahazunone。用SOCl2/Et3N處理(+)-yahazunone，得到 (-)-zonarone和(-)-isozonarone 混合物。此外反應(yīng)的溫度影響(-)-zonarone 和(-)-isozonarone 的生成比例。用Na2S2O4還原即可得到(-)-zonarol 和(-)-isozonarol。

該路線與通常將drimanyl 醛與有機(jī)鋰化合物偶聯(lián)或“硼香紫蘇內(nèi)酯”偶聯(lián)的方法相比更加簡(jiǎn)短，但同樣只能得到(-)-isozonarol 和(-)-isozonarol及它們氧化產(chǎn)物的混合物。

2.6 以脫羧硼化和Suzuki 偶聯(lián)反應(yīng)為關(guān)鍵步驟合成

圖式15 從(+)-香紫蘇內(nèi)酯合成(-)-zonarol 和(-)-zonarone[40]Scheme 15 Synthesis of (-)-zonarol and (-)-zonarone from (+)-sclareolide[40]

圖式17 通過Suzuki 偶聯(lián)合成(-)-zonarol 相關(guān)天然產(chǎn)物Scheme 17 Formal synthesis of (-)-zonarol related natural products by Suzuki coupling

本課題組最近開發(fā)了脫羧硼化與Suzuki 偶聯(lián)相結(jié)合的一種策略，利用該方法可模塊化地合成drimane 醌/氫醌類天然產(chǎn)物及其類似物[41-42]。如圖式17 所示，以(-)-香紫蘇醇為原料經(jīng)過三氯化釕和高碘酸鈉氧化得到酸84，與N-羥基鄰苯二甲酰亞胺縮合生成氧化還原活性酯88。在乙酰丙酮酸銅催化下，化合物88 進(jìn)行脫羧硼化得到關(guān)鍵合成子89，隨后在Pd2(dba)3和RuPhos 組成的催化體系下，高效地實(shí)現(xiàn)與溴代芳烴的Suzuki 偶聯(lián)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)C(sp2)-C(sp3)的鍵連，以87%的產(chǎn)率得到芐基保護(hù)的(+)-yahazunol 90。化合物90 經(jīng)過脫保護(hù)得到(+)-yahazunol[14]，再環(huán)化便可得到(+)-chromazonarol[8]。根據(jù)之前的文獻(xiàn)報(bào)道的方法即可得到(-)-zonarol 相關(guān)天然產(chǎn)物。相比于Baran 小組的方法，該策略合成的關(guān)鍵中間體步驟少、中間體穩(wěn)定且有良好的化學(xué)選擇性，可以方便快速地制備天然產(chǎn)物類似物庫。

3 總結(jié)與展望

本文對(duì)zonarol 及其相關(guān)天然產(chǎn)物的分離、生物活性及合成研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，以期為藥物新先導(dǎo)的發(fā)掘提供很好的參考。關(guān)于zonarol 的合成策略及其生物活性概述如圖式18 所示，其中合成方法包括α,β-不飽和酮與格氏試劑的Michael 加成、醛與芳香金屬試劑的親核反應(yīng)、多烯環(huán)化、Barton 脫羧偶聯(lián)及Suzuki 偶聯(lián)等。

就目前所報(bào)道的全合成效率而論，其中羰基化合物與芳香金屬試劑的加成反應(yīng)路線大都較為冗長(zhǎng)，并多采用貴金屬試劑或易燃催化劑；仿生環(huán)化步驟雖短，但只能合成特定的幾個(gè)天然產(chǎn)物，多樣性不足；因此采用C(sp2)-C(sp3)偶聯(lián)的策略是高效模塊化合成zonarol 氫醌類天然產(chǎn)物的有力工具?？茖W(xué)家們正在探索新的高效、經(jīng)濟(jì)的合成方法，來替代傳統(tǒng)的高成本偶聯(lián)策略。以zonarol 為代表的drimane 混源萜類化合物表現(xiàn)出豐富的生物學(xué)性質(zhì)，包括抗菌活性、殺藻活性、拒食活性、抗腫瘤活性、抗氧化活性、抗炎活性和神經(jīng)保護(hù)作用等，為藥理學(xué)研究提供良好基礎(chǔ)。此外，手性藥物的生物活性與其立體構(gòu)型密切相關(guān)，在drimane醌/氫醌類天然產(chǎn)物中含有多個(gè)手性中心，其相關(guān)的對(duì)映異構(gòu)體和非對(duì)映異構(gòu)體也被報(bào)道，但并未涉及zonarol 及對(duì)映異構(gòu)體之間的構(gòu)效關(guān)系，其手性對(duì)其生物活性及作用機(jī)制的影響值得進(jìn)一步研究。相信隨著高效且多樣性合成方法的開發(fā)，必將大力促進(jìn)從drimane 醌/氫醌類化合物中挖掘全新的農(nóng)藥和醫(yī)藥先導(dǎo)化合物，促進(jìn)藥物先導(dǎo)研究。

圖式18 zonarol 合成的化學(xué)策略及其生物活性Scheme 18 Chemical synthesis strategies and biological activities of zonarol