Sintesi totali: Dictiostatina

[quimico]

Proseguiamo con un'altra interessante sintesi.
Anche in questo caso esistono diverse sintesi totali di questa molecola naturale. Riporto quella di Ian Paterson, che ancora una volta si dimostra abile e geniale nel proporre una sua sintesi totale. Per completare il discorso magari riporto brevemente le altre sintesi famose di questa molecola: Curran, modificazione di Fukui con composti fluorurati, Phillips e Ramachandran. Come potete vedere ci si è sbizzarriti in quegli anni

La dictiostatina (1, Schema 1) è un potente macrolide citotossico per la prima volta isolato da Pettit et al.[1] dalla spugna marina del genere Spongia sp., raccolta nella Repubblica delle Maldive, e,
in seguito, isolata da Wright e collaboratori[2] dalla spugna litistida della famiglia Corallistidae, raccolta a grandi profondità lungo le coste della Jamaica.
La struttura planare di questo macrolattore insaturo da 22 membri, che presenta 11 centri stereogenici, un 2Z,4E dienoato endociclico ed una funzione Z dienica esociclica al C₂₁, fu dedotta da gruppo di Pettit, essenzialmente sulla base di dati spettroscopici 2D NMR.[1]
Recentemente, gli autori proposero una completa assegnazione stereochimica per la dictiostatina, come indicato in 1, basata su approfonditi esperimenti NMR ad alto campo, inclusa l'analisi configurazione di Murata basata sulle J, in combinazione con il modellamento molecolare.[3]
Sebbene non fosse stato possibili accertarsi la configurazione assoluta, l'assegnazioni fatta dagli autori si basò sul fatto che la dictiostatina fosse biogeneticamente correlata alla discodermolide.[4]
In particolare, la dictiostatina mostra una potente attività di inibizione della crescita nei contonti di un numero di cellule tumorali nell'uomo e nei sorci a basse concentrazioni nanomolare e, soprattutto, ritieni l'attività rispetto alle cellule tumorali resistenti al Tassolo espressa dalle P-glicoproteine attive. Studi preliminari sul meccanismo d'azione dimostrarono che la dictiostatina, in un modo simile al tassolo (paclitaxel), arresta le cellule nella fase G2/Mphase inducendo efficacemente la polimerizzazione tubulinica e sopprimento le normali dinamiche dei microtubuli, portando all'apoptosi.[2] Da ora, la dictiostatina rappresenta attualmente un promettente prodotto antimicotico naturale, un vantaggio per lo sviluppo della chemioterapica per i tumori, che fa parte del gruppo più importante di polichetidi che stabilizzano i microtubuli che include la laulimalide,[5] il peloruside A,[6] e la discodermolide.[7]
Sfortunatamente, la valutazione delle sue proprietà antitumorali è stata impedita per tanto tempo dalla abbondanza naturale così esigua.
Qui, gli autori hanno divulgato la prima sintesi totale della dictiostatina (1)
ed hanno stabilito inequivocabilmente la configurazione relativa ed assoluta di questo raro metabolita polichetide. Inoltre, l'approccio sintetico modulare è felssibile, altamente convergente, e stereocontrollato, e quindi offre il potenziale di fornire utili quantità di dictiostatina così come un range di derivati strutturali per iniziare gli studi di relazione struttura–attività.



Come sottolineato retrosinteticamente nello Schema 1, il loro approccio si basa sulla riduzione all'ultimo stadio dell'enone 2, controllata dalla conformazione macrociclica adottata dall'anello a 22 membri; studi di molecular modeling[8] hanno indicato che l'addizione di idruro dovrebbe avvenire selettivamente per installare il richiesto stereocentro recante l'idrossile al C₉. La funzionalità 10Z alchenica in 2 è stata pianificata derivare da un'olefinazione di tipo Still–Gennari tra il β-cheto fosfonato 3 e l'aldeide 4, insieme ad un cross-coupling di Stille col vinil stannano 5 per fare il 2Z,4E dienoato. In principio, entrambe queste due reazione potrebbero essere impiegate per chiudere il macrociclo come alternativa alla più convenzionale macrolattonizzazione di Yamaguchi, proponendo quindi una considerevole flessibilità nella sintesi.
A sua volta, la subunità C₁₁–C₂₆ 4 dovrebbe essere accessibile tramite un coupling di Horner–Wadsworth–Emmons (HWE) tra l'aldeide 6 ed il fosfonato 7, che contiene il diene Z terminale.
Dato che questi ultimi segmenti condividono una comune triade stereochimica, era atteso che entrambi 6 e 7 potessero essere preparati dall'intermedio comune 8, che è disponibile in quantità superiori al grammo tramite un'efficiente metodica aldolica riportata precedentemente dal loro gruppo.[9]

[quimico]

La sintesi della subunità C₁₁–C₂₆ 4, come mostrato nello Schema 2, iniziava con la conversione dell'1,3-diolo 8 nel bis-TBS etere 9 e la deprotezione del gruppo idrossilico primario in condizioni leggermente acide. L'alcole risultante 10 è stato subito convertito nello ioduro attraverso un protocollo di Mitsunobu modificato (PPh₃, I₂, imidazolo).[10]
La successiva alchilazione dell'enolato di litio della proprionammide di Myers 12[11] ha portato alla omologazione di tre carboni, ottenendo 13 con eccellente diastereoselettività e resa (19:1 d.r., 88%).[12] La rimozione riduttiva dell'ausiliario pseudoefedrina (LiNH₂BH₃)[11] ha fornito un alcole primario, che è stato, a sua volta, ossidato con il periodinano di Dess–Martin a dare l'aldeide 6.
Il partner per il coupling di HWE 7 è stato sintetizzato tramite addizione di (MeO)₂P(=O)CH₂Li all'aldeide 14, che è stata preparata dall'1,3-diolo 8 come descritto precedentemente.[9,13] La risultante miscela epimerica di alcoli è stata convertita nel β-chetofosfonato 7 (Dess–Martin periodinano, 83% su 2 passaggi). In seguito un coupling di HWE tra l'aldeide 6 ed il fosfonato 7, impiegando Ba(OH)₂ in THF(aq), ha portato all'isolamento dell'enone 15 con una resa del 92%.[14]
Con l'intero frammento C₁₁–C₂₆ assemblato, gli autori si sono concentrati poi sulla riduzione stereocontrollata del chetone in C₁₉ diretta dallo stereocentro prossimale recante idrossile tramite chelazione di un metallo. A questa terminazione, la riduzione coniugata dell'enone 15 con il reagente di Stryker {[Ph₃PCuH]₆}[15] e la rimozione ossidativa di entrambi i gruppi PMB con DDQ ha fornito il β-idrossichetone intermedio,
il quale ha subito una riduzione 1,3-syn-selettiva quando trattato con una soluzione eterea fredda (-30 °C) di Zn(BH₄)₂,[16] generando il triolo 16 (>20:1 d.r.).[17]

Infine, la sintesi della subunità 4 è stata completata tramite una sequenza di tre passaggi: protezione selettiva come TBS etere dei gruppi idrossile al C₁₁ e C₁₉ e protezione del C₂₁ (usando TBSOTf), rimozione (TBAF, AcOH) del TBS etere primario in 17, ed ossidazione dell'alcole 18 risultante (TEMPO/PhI(OAc)₂).[18]



Dato che obiettivo primario degli autori era una sintesi efficiente e convergente della dictiostatina, fu cruciale installare l'alchene 10Z impiegando partners di coupling all'avanguardia.
Sebbene esistesse un numero di protocolli per fare coupling di questo tipo,
la maggior parte di essi richiedevano condizioni basiche davvero forti.
La loro preoccupazione riguardava il centro epimerizzabile al C₁₂ nell'aldeide 4 li condusse ad investigare la blanda modificazione di Still–Gennari dell'olefinazione di HWE.[19] Il fosfonato F₃CCH₂O-sostituito richiesto 3 venne preparato dall'alcole 19, che fu ottenuto con 95% ee e 20:1 d.r. attraverso crotilazione asimmetrica di Brown dell'aldeide 20 (Schema 3).[20]
La formazione del silil etere (TBSOTf), l'ozonolisi, e la metilenazione di Takai[21] dell'aldeide intermedia ha fornito l'E vinil ioduro 21 con una resa del 71%. Dopo rimozione selettiva del silil etere primario, l'ossidazione dell'alcole risultante ha fornito l'acido 22, che venne trasformato nel suo cloruro acilico usando il reagente di Ghosez
(Me₂C=C(Cl)NMe₂).[22] Poi, il cloruro acilico è stato aggiunto ad una soluzione di (F₃CCH₂O)₂P(=O)CH₂Li in THF,[23] generato a -100 °C, a dare il fosfonato 3 contenente la funzionalità richiesta per l'assemblaggio del frammento fondamentale.

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Con grande gioia degli autori, quando una miscela dell'aldeide 4 e del fosfonato 3 era soggetta ad un eccesso di K₂CO₃ in presenza di 18-corona-6 in toluene (Schema 4),[19] il coupling di HWE procedeva facilmente producendo lo Z enone 23 efficientemente, con buoni livelli di selettività (Z/E = 5:1, 77%).



In particolare, questo costituisce uno dei primi esempi di olefinazione intermolecolare di Still–Gennari Z selettiva impiegando un tale elaborato β-chetofosfonato.
La costruzione della struttura carbonica portante della dictiostatina fu completata attraverso un coupling di Stille, mediato da rame, tipo Liebeskind[24] (CuTC o tiofene-2-carbossilato di rame(I) in NMP) del vinil ioduro 23 e dello Z alchenil stannano 5, che è facilmente accessibile dall'acido noto 24.[25] Infine, il TIPS estere 25 è stato convertito nell'acido 26 (KF, THF/MeOH) con una resa totale dell'83%.

Con il 26 in mano, l'attenzione venne ora diretta verso il completamento della sintesi, come mostrato nello Schema 5.



Il seco acido 26 fu sottoposto ad un protocollo standard della macrolattonizzazione di Yamaguchi (2,4,6-triclorobenzoil chloride, NEt₃, DMAP, PhMe, 60 °C, 2 h) fornendo il macrociclo a 22 membri 2 in modo pulito con una resa del 77%.[26]
In seguito, gli autori investigarono la riduzione del chetone in C₉, in un tentativo di sfruttare lo stereocontrollo macrociclico.[8]
In modo soddisfacente, la riduzione di Luche dell'enone 2 (NaBH₄, CeCl₃, EtOH)[27] ha fornito l'alcole 27 aspettato (70%). Infine, la deprotezione globale con HCl (3N) in metanolo ha fornito la dictiostatina (1) con una resa dell'87%.
I dati spettroscopici del nostro materiale sintetico erano in completo accordo con quelli del campione autentico ottenuto dalla fonte naturale (¹H (700 MHz), ¹³C NMR (125 MHz), MS), e la rotazione specifica dell'[α]D = -32.7 (c = 0.22, MeOH) come d'accordo con quello misurato nel loro laboratorio per il campione autentico,[28] permettendo quindi l'assegnazione certa della configurazione relativa ed assoluta della dictiostatina e la validazione della loro precedente proposta.[3a]

[quimico]

In modo significativo, questa assegnazione configurazionale per la dictiostatina è totalmente consistente con una biogenesi comune per il polichetide strutturalmente correlato, ma a catena aperta, discodermolide
(28, Fig. 1), al giorno d'oggi in sviluppo clinico come agente antitumorale di nuova generazione che stabilizza microtubuli.[29]
C'è un esatto accordo configurazionale delle regioni C₁₉–C₂₆ e C₆–C₁₄ della dictiostatina con quella al C₁₇–C₂₄ (mostrato in rosso) e al C₄–C₁₂ (mostrato in blu) della discodermolide, rispettivamente.
Come mostrato dalla copertura in Fig. 1, la conformazione preferita per la dictiostatina in soluzione[3a] assomiglia da vicino a quella determinata per la discodermolide allo stato solido, suggerendo che esse possono interagire in un modo simile con il sito legante del tassolo sulla β-tubulina.[30] Come analogo macrociclico conformazionalmente tensionato della discodermolide, la dictiostatina rappresenta un modello estremamente attrattivo per la progettazione razionale di farmaci.



In conclusione, questa sintesi totale conveniente della (-)-dictiostatina avviene in 27 passaggi e con una resa totale del 3.8% (più lunga sequenza lineare dall'estere di Roche[9]) e stabilisce inequivocabilmente la configurazione relativa ed assoluta.
Le trasformazioni chiave includono un coupling senza precedenti di HWE di tipo Still–Gennari con un complesso β-chetofosfonato, un cross-coupling di Stille di tipo Liebeskind per installare il 2Z,4E dienoato, una semplice macrolattonizzazione di Yamaguchi per costruire il macrociclo, e la successiva riduzione del chetone in C₉ sotto controllo macrociclico. Cosa più importante, questa sintesi modulare, convergente dovrebbe essere riconducibile alla produzione di quantità utili e alla progettazione di analoghi di questo nuovo agente stabilizzante dei microtubuli, permettendo un'approfondita esplorazione delle sue proprietà antitumorali.

[quimico]

Riferimenti:

[1] G. R. Pettit, Z. A. Cichacz, F. Gao, M. R. Boyd, J. M. Schmidt, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1994, 1111.

[2] R. A. Isbrucker, J. Cummins, S. A. Pomponi, R. E. Longley, A. E. Wright, Biochem. Pharmacol. 2003, 66, 75.

[3] a) I. Paterson, R. Britton, O. Delgado, A. E. Wright, Chem. Commun. 2004, 632; b) G. R. Pettit, Z. A. Cichacz, WO 5430053, 1995 [Chem. Abstr. 1995,733500; questo brevetto contiene una parziale assegnazione stereochimica per la dictiostatina che differisce in modo significativo dalle scoperte degli autori.

[4] Le somiglianze strutturali tra discodermolide e dictiostatina e l'obiettivo di preparare strutture ibride è stata evidenziato in precedenza: Y. Shin, N. Choy, R. Balachandran, C. Madiraju, B.W. Day, D. P. Curran, Org. Lett. 2002, 4, 4443.
Per una sintesi totale alternativa della dictiostatina, che conferma indipendentemente l'assegnazione stereochimica precedente fatta dagli autori,[3a] vedere la seguente Communication in questa pubblicazione: Y. Shin, J.-H. Fournier, Y. Fukui, A. M. BrKckner, D. P. Curran, Angew. Chem. 2004, 116, 4734; Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 4634. Si ringrazia il Prof. Curran per lo scambio di informazioni.

[5] S. L. Mooberry, G. Tien, A. H. Hernandez, A. Plubrukarn, B. S. Davidson, Cancer Res. 1999, 59, 653.

[6] K. A. Hood, L. M. West, B. Rouwe, P. T. Northcote, M. V. Berridge, S. J.Wakefield, J. H. Miller, Cancer Res. 2002, 62, 3356.

[7] a) E. ter Haar, R. J. Kowalski, E. Hamel, C. M. Lin, R. E. Longley, S. P. Gunasekera, H. S. Rosenkranz, B. W. Day, Biochemistry 1996, 35, 243; b) per una review, vedere: I. Paterson, G. J. Florence, Eur. J. Org. Chem. 2003, 12, 2193.

[8] Macromodel (Versione 8.0) è stato usato in ricerca da 1700 passaggi di Monte Carlo con 2 usando il campo di forza MM2*. Le conformazioni a bassa energia accessibili trovate avevano tutte la faccia inferiore (Si) del chetone bloccata dall'ingombrante TBS etere attaccato al C₇, permettendo così che l'attacco di idruro avvenisse sulla faccia superiore (Re).

[9] L'1,3-diolo 8 è stato preparato su un scala multigrammo in cinque passaggi e con una resa del 52% dal metile (S)-3-idrossi-2-metilpropionato (estere di Roche): I. Paterson, O. Delgado, G. J. Florence, I. Lyothier, J. P. Scott, N. Sereinig, Org. Lett. 2003, 5, 35.

[10] P. J. Garegg, B. Samuelson, J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1 1980,
2866.

[11] A. G. Myers, B. H. Yang, H. Chen, L. McKinstry, D. J. Kopecky, J. L. Gleason, J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6496.

[12] La stereochimica 1,3-syn dell'ammide 13 è stata confermata tramite accrescimento NOE del lattone B, ottenuto tramite una sequenza di due passaggi (HCl (2N), EtOH; TEMPO, PhI(OAc)₂) dall'alcole A.



[13] a) I. Paterson, G. J. Florence, K. Gerlach, J. P. Scott, Angew. Chem. 2000, 112, 385; Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 377; b) I. Paterson, G. J. Florence, K. Gerlach, J. P. Scott, N. Sereinig, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 9535.

[14] I. Paterson, K.-S. Yeung, J. B. Smaill, Synlett 1993, 774.

[15] W. S. Mahoney, D. M. Brestensky, J. M. Stryker, J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 291.

[16] T. Oishi, T. Nakata, Acc. Chem. Res. 1984, 17, 338.

[17] La stereochimica relativa del 16 è stata confermata inequivocabilmente tramite esperimenti di spettroscopia NMR condotti sulla corrispondente acetonide.

[18] A. De Mico, R. Margarita, L. Parlanti, A. Vescovi, G. Piancatelli, J. Org. Chem. 1997, 62, 6974.

[19] W. C. Still, C. Gennari, Tetrahedron Lett. 1983, 24, 4405.

[20] a) H. C. Brown, K. S. Bhat, R. S. Randad, J. Org. Chem. 1989, 54, 1570; b) I. Paterson, K. Ashton, R. Britton, H. Knust, Org. Lett. 2003, 5, 1963.

[21] K. Takai, K. Nitta, K. Utimoto, J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 7408.

[22] A. Devos, J. Remion, A. M. Frisque-Hesbain, A. Colens, L. Ghosez, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1979, 1180.

[23] C. Patois, P. Savignac, E. About-Jadet, N. Collignon, Synth. Commun. 1991, 21, 2391.

[24] G. D. Allred, L. S. Liebeskind, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 2748.

[25] D. J. Crichter, G. Pattenden, Tetrahedron Lett. 1996, 37, 9107.

[26] J. Inanaga, K. Hirata, H. Saeki, T. Katsuki, M. Yamaguchi, Bull. Chem. Soc. Jpn. 1979, 52, 1989.

[27] J. L. Luche, J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 2226.

[28] In confronto, la rotazione specifica misurata per il campione naturale della dictiostatina-1 è stata [α]_D = -27.4 (c = 0.16, MeOH),
mentre quella riportata da Pettit et al.[1] era -20 (c = 0.12, MeOH).

[29] Per una "recente" sintesi su larga scala della discodermolide, vedere: S. J. Mickel, D. Niederer, R. Daeffler, A. Osmani, E. Kuesters, E. Schmid, K. Schaer, R. Gamboni, W. Chen, E. Loeser, F. R. Kinder, K. Konigsberger, K. Prasad, T. M. Ramsey, O. Repic, R.-M. Wang, G. J. Florence, I. Lyothier, I. Paterson, Org. Process Res. Dev. 2004, 8, 122.

[30] Nota aggiunta come prova: La valutazione biologica preliminare suggerisce che la dictiostatina sia anche un ligand per il sito legante tassoide sulla β-tutublina e che leghi molto più saldamente del tassolo.
Un ringraziamento va al Dr. Fernando DNaz ed a Ruben M. Buey (Centro de Investigaciones BiolOgicas, CSIC, Madrid) per aver condotto questo studio con la dictiostatina sintetica.