多藥耐藥的病原體(細(xì)菌、真菌等)已對(duì)人類的健康造成日益嚴(yán)重的威脅。這些微生物通常需要攝取鐵元素來合成細(xì)胞色素以及生物體所需的酶,其中鐵載體對(duì)于將宿主細(xì)胞中的鐵離子運(yùn)送至微生物細(xì)胞起到了重要作用。發(fā)展有效的鐵載體生物及化學(xué)抑制劑阻斷鐵載體的合成成為抗病原體感染的潛在治療手段。Baulamycin A和B是2014年美國(guó)密歇根大學(xué)的David H. Sherman教授課題組從哥斯達(dá)黎加Playa Grande地區(qū)的海洋微生物中分離得到的天然產(chǎn)物。他們從約39升的培養(yǎng)液中分別提取出3.6 mg的Baulamycin A和2.1 mg的Baulamycin B,并發(fā)現(xiàn)這種抗生素類化合物對(duì)超級(jí)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)和炭疽桿菌等革蘭氏陽性菌中鐵載體的合成具有顯著的抑制作用。然而兩種天然產(chǎn)物從自然界中分離獲取的途徑繁瑣且困難,限制了人們以常規(guī)的化學(xué)修飾方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定,因而只能通過核磁共振波譜及質(zhì)譜等表征手段完成對(duì)分子結(jié)構(gòu)的分析。
Baulamycin A和B分別具有乙基和甲基長(zhǎng)鏈脂肪酮修飾的間苯二酚結(jié)構(gòu),兩個(gè)分子在14碳的脂肪鏈中均含有七個(gè)手性中心,其中只有三個(gè)呈連續(xù)分布,其早期推測(cè)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。2017年,印度科學(xué)普及協(xié)會(huì)的Rajib Kumar Goswami與CSIR中央藥物研究所的Ravi Sankar Ampapathi等人設(shè)計(jì)了線性步驟為17步的Baulamycin A的立體選擇性全合成,但發(fā)現(xiàn)所得到的圖1結(jié)構(gòu)化合物的光譜數(shù)據(jù)與Sherman教授報(bào)道的結(jié)果并不完全一致,由此說明早期天然產(chǎn)物Baulamycin A通過測(cè)試表征所推斷分子的立體構(gòu)型可能存在錯(cuò)誤。隨后兩人又嘗試合成了兩種其他可能的非對(duì)映異構(gòu)體,但最終并沒有得到與原始數(shù)據(jù)匹配的結(jié)構(gòu)。
與此同時(shí),英國(guó)布里斯托大學(xué)的Varinder K. Aggarwal教授(點(diǎn)擊查看介紹)團(tuán)隊(duì)發(fā)展了線性步驟為10步的Baulamycin A和B的合成,同樣發(fā)現(xiàn)Sherman教授推測(cè)的分子立體構(gòu)型不正確。于是Aggarwal教授與同在布里斯托大學(xué)的Craig P. Butts教授(點(diǎn)擊查看介紹)合作,將目標(biāo)分子Baulamycin A分為圖2所示的兩部分,基于密度泛函理論計(jì)算與核磁共振波譜數(shù)據(jù),片段A(C10-C1'部分)的相對(duì)立體構(gòu)型得以成功解析。在此基礎(chǔ)上,他們固定片段A的立體構(gòu)型合成了四種可能的Baulamycin A非對(duì)映異構(gòu)體,通過四種分子非等比例地混合并對(duì)混合物進(jìn)行核磁共振波譜表征,與天然產(chǎn)物的原始數(shù)據(jù)比照后最終得到Baulamycin A的正確結(jié)構(gòu)。相關(guān)成果發(fā)表在Nature 上,文章的共同第一作者為吳晶晶(Jingjing Wu)博士、Paula Lorenzo博士和在讀博士生鐘斯穎(Siying Zhong),其中化學(xué)實(shí)驗(yàn)部分由吳晶晶與Paula Lorenzo博士共同完成,鐘斯穎負(fù)責(zé)文章的理論計(jì)算部分。
作者起初對(duì)Baulamycin A和B分子進(jìn)行了逆合成分析,斷裂C11-C12鍵得到片段A(3)、B(4、5),這兩部分可通過該課題組發(fā)展的1,2-雙(硼酸酯)的選擇性鋰-硼化反應(yīng)進(jìn)行偶聯(lián)(點(diǎn)擊閱讀相關(guān))。片段A(3)能夠以相應(yīng)的高烯丙基醇(6)為原料通過羥基導(dǎo)向的Morken烯基雙硼化反應(yīng)制得,6又可通過相應(yīng)的醛與烯丙基硼酸酯發(fā)生Antilla高烯丙基化來構(gòu)建。而對(duì)于片段B,作者設(shè)計(jì)從簡(jiǎn)單的烷基硼酸酯出發(fā),同樣以該課題組發(fā)展的迭代同系鏈增長(zhǎng)反應(yīng)通過流水線合成(Assembly-Line Synthesis)的方式進(jìn)行脂肪鏈延長(zhǎng),并進(jìn)一步發(fā)生Zweifel烯化反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。但合成樣品的表征數(shù)據(jù)與天然產(chǎn)物的原始數(shù)據(jù)并不完全相同。
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