前列腺素是一类存在于机体的内源性化合物,它对内分泌、生殖、消化、心脑血管及神经系统等具有广泛的生理作用。目前已上市的具有不同临床用途的前列腺素类药物达25种,如前列地尔(心血管一线用药)、依前列醇(肺动脉高压一线用药)、 拉坦前列腺素(抗青光眼一线用药)等。但前列腺素天然来源少,体内代谢迅速,化学合成显得尤为重要。其合成核心是构筑具有四个相邻立体中心的手性内酯(Corey内酯),国内外普遍采用以化学拆分为关键步骤的Corey内酯生产工艺,最多只能获得50%所需要的手性产物,50%为工业废弃物。
近期,复旦大学化学系陈芬儿和彭海辉团队基于手性螺环膦酸催化不对称Baeyer-Villiger(B-V)氧化,实现了高立体选择性精准控制,发展了无过渡金属参与的、绿色环保且高效实用的不对称氧化反应,构建了一系列具有重要生理活性的手性内酯。并利用该方法学合成了前列腺素的关键手性内酯中间体,实现了前列腺素家族所有化合物的通用不对全合成。该研究成果以“Access to a Key Building Block for the Prostaglandin Family via Stereocontrolled Organocatalytic Baeyer–Villiger Oxidation”为题在线发表于国际顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed.(Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 9923-9927)。
该研究的关键在于如何实现高对映选择性B-V氧化,作者巧妙的设计了氯代环丁酮底物,通过手性螺环膦酸对环丁酮与双氧水的协同活化作用,有效的控制了反应中Criegee中间体的构象,实现了高的手性识别和手性诱导得到高对映选择性。同时,氯代环丁酮底物可抑止非正常内酯的生成,实现动力学拆分相应的正常手性内内酯和非正常内酯。另外,氯代内酯很容易还原脱氯得到手性内酯,生成的非正常内酯溶解于水中转化成环戊烯二酸,易溶于水,给后处理带来了便利。
该研究工作得到了国家自然科学基金(21801042)、上海市“浦江人才”计划(18PJ1401400)以及复旦大学的资助。论文作者为复旦大学竺科杰、胡莎和刘敏杰,陈芬儿院士与彭海辉青年研究员为该论文的共同通讯作者。