通过Pd介导分子内联芳基偶联与Schmidt糖基化首次全合成Urolithin M7 3-葡萄糖醛酸苷

《Organics》：Total Synthesis of Urolithin M7 3-Glucuronide via Pd-Mediated Intramolecular Biaryl Coupling and Schmidt Glycosylation

　　

Urolithin M7是鞣花酸（ellagic acid，EA）的肠道微生物代谢物，但其葡萄糖醛酸苷（glucuronide）结合物尚未得到充分表征。研究人员报道了Urolithin M7 3-葡萄糖醛酸苷的首次全合成，该合成通过汇聚式路线将Pd（钯）介导的分子内联芳基偶联（Pd-mediated intramolecular biaryl coupling）与Schmidt糖基化（Schmidt glycosylation）相结合。苯甲酸苯酯9的环化得到区域异构体10a和10b，合并收率为87%，其中目标3-苄氧基异构体以2:1的比例优先形成。对10a进行选择性保护基操作得到糖基化前体，该前体与葡萄糖醛酸基三氯乙酰亚胺酯供体（glucuronyl trichloroacetimidate donor）进行Schmidt糖基化，以90%的收率得到受保护的β-葡萄糖醛酸苷。脱保护随后得到Urolithin M7 3-葡萄糖醛酸苷。该合成提供了结构明确的Urolithin M7 3-葡萄糖醛酸苷，用于未来的分析、代谢、药代动力学（pharmacokinetic）和生物学研究。

Urolithins（尿石素类）是鞣花单宁（ellagitannins，ETs）和鞣花酸（ellagic acid，EA）经肠道微生物产生的代谢物，而ETs和EA是石榴、浆果、坚果、葡萄、茶及橡木陈酿饮料中的膳食多酚。摄入后，肠道微生物将ETs和EA转化为羟基-6H-二苯并[b,d]吡喃-6-酮衍生物。Urolithins较其膳食前体更易吸收，并经历广泛的Ⅱ相代谢，其中葡萄糖醛酸苷（glucuronide）和硫酸酯（sulfate）结合物是人体主要循环形式。人体干预研究显示，肠道微生物对ETs向urolithins的转化存在显著个体差异；基于肠道微生物组成和代谢能力，个体被分为metabotype A、metabotype B和metabotype 0（代谢型）三类，各有特征性代谢物谱。Urolithins已报道具有抗炎、抗氧化、神经保护、心血管代谢和抗癌活性，但多数证据来自未结合苷元。相反，葡萄糖醛酸苷和硫酸酯是在人血浆、尿、母乳及前列腺、结肠和乳腺等组织中检测到的主要形式。葡萄糖醛酸化也可改变生物活性；在结肠癌、乳腺癌和免疫细胞模型中，urolithin葡萄糖醛酸苷通常较相应苷元活性显著降低或可忽略。因此，仅用游离urolithins进行实验可能不能代表体内存在的化合物。准确鉴定和定量urolithin葡萄糖醛酸苷在分析上具有挑战性，因为位置异构体常具有相似的色谱和质谱性质；常规反相LC?MS（液相色谱?质谱联用）可能不能分离某些区域异构体，包括urolithin A 3-和8-葡萄糖醛酸苷以及isourolithin A 3-和9-葡萄糖醛酸苷。因此，需要结构明确的参考化合物用于代谢物鉴定、定量LC?MS分析、药代动力学研究、代谢组学分析及其他ADME（吸收、分布、代谢和排泄）研究。个别urolithin葡萄糖醛酸苷区域异构体商业不可得，生物合成方法可产生结合物混合物；区域选择性化学合成因此为获得结构明确的标准品提供了实用路线。Urolithin M7（3,8,10-trihydroxyurolithin）是EA肠道微生物代谢中的中间体，由更高羟基化的urolithin前体经顺序脱羟基形成；Urolithin M7及其葡萄糖醛酸苷结合物研究相对较少。在此前分子对接研究中，urolithin M7 3-glucuronide显示与CYP1B1（细胞色素P450 1B1）和BCL2（B细胞淋巴瘤2）的预测相互作用，计算结合能分别为?10.6和?7.6 kcal mol^?1；在所检查的二苯并吡喃酮衍生物中，它对CYP1B1给出最有利的预测相互作用。这些计算结果为制备结构明确的urolithin M7 3-glucuronide以用于未来实验研究提供了额外动机；但本工作未进行生物靶点验证。研究人员此前使用Pd介导分子内联芳基偶联合成urolithin C 3-glucuronide以及urolithin A的离散3-和8-glucuronides；本研究将该合成平台扩展至更高氧化的urolithin M7体系。在urolithin M7 3-glucuronide中，3位羟基必须与8-和10位羟基区分，所得取代模式要求重新评估联芳基偶联条件和下游保护基策略。据研究人员所知，urolithin M7 3-glucuronide的全合成尚未报道；因此，研究人员研究其合成，采用Pd介导分子内联芳基偶联构建urolithin骨架，并采用Schmidt糖基化在3位引入葡萄糖醛酸基。

关键技术方法（不超过250字）：本研究为化学合成研究，无样本队列。主要方法包括汇聚式合成设计；Pd介导分子内联芳基偶联构建urolithin骨架；Schmidt糖基化引入葡萄糖醛酸基；MOM（甲氧基甲基）、苄基、TBS（叔丁基二甲基硅基）和乙酰基等保护基操作与脱保护；硅胶色谱分离区域异构体；¹H/¹³C NMR、HSQC（异核单量子相干）、HMBC（异核多键相关）、HRMS（高分辨质谱）、IR、熔点、元素分析和旋光等结构表征。起始原料为商业可得3,5-二羟基苯甲酸和间苯二酚。

3.1 合成设计与逆合成分析：该路线基于两个关键转化，即Pd介导分子内联芳基偶联构建urolithin骨架，以及Schmidt糖基化在3位引入葡萄糖醛酸基。逆合成裂解糖苷键得到受保护urolithin M7衍生物和葡萄糖醛酸基三氯乙酰亚胺酯（trichloroacetimidate）供体；受保护urolithin追溯至苯甲酸苯酯9，即分子内联芳基偶联底物；断开9中的酯键得到相应芳基羧酸和苄基保护间苯二酚衍生物。由此确定汇聚式合成路线。

3.2 苯甲酸苯酯前体9的合成：两个芳香片段按报道方法制备。商业可得3,5-二羟基苯甲酸经Fischer酯化得到2，随后经顺序MOM保护、LiAlH₄还原、NIS（N-碘代琥珀酰亚胺）介导碘化、MnO₂氧化和Pinnick氧化得到苯甲酸7；苄基保护间苯二酚衍生物8由间苯二酚单独制备；EDC（1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺）/DMAP（4-二甲氨基吡啶）介导7与8酯化得到9，收率77%。结论是获得偶联前体9。

3.3 苯甲酸苯酯9的Pd介导分子内联芳基偶联：9在Pd(OAc)₂、P(n-Bu)₃和Ag₂CO₃存在下于回流DMA（N,N-二甲基乙酰胺）中进行Pd介导分子内联芳基偶联，得到10a和10b，分离收率分别为58%和29%，合并收率87%，10a:10b=2.0:1.0。条件考察显示，无膦配体时10a区域选择性更高（10a:10b=5.0:1.0），但副产物和残留起始物使反应及后续纯化复杂；加入P(n-Bu)₃后反应更干净并便于分离区域异构体，但区域选择性降低；因此制备合成选择含P(n-Bu)₃的条件。10a优先形成可由9的3-苄氧基苯氧环中两个不等价邻位C–H位点解释：10a形成涉及远离苄氧基取代基的位置偶联，而10b形成需要在相邻且位阻更大的位置偶联；空间区分因此为10a优先形成提供合理解释。无配体条件下5.0:1.0的比值与研究人员此前urolithin C（4.2:1）和urolithin A（5.4:1）分子内联芳基偶联所观察到的区域选择性相当；加入P(n-Bu)₃后区域异构体比降至2.0:1.0，说明钯周围配体环境也影响选择性。相关3-取代苯基2-碘苯甲酸研究也显示区域异构体比受膦配体存在与否影响；相关Pd辅助联芳基偶联研究显示氧取代基可通过空间和配位效应影响偶联位置；苄氧基氧与钯中心可能相互作用也可能影响竞争环化途径，但配体依赖区域选择性的确切来源不能从当前数据确定。区域异构体经硅胶色谱分离，并通过¹H、¹³C、HSQC和HMBC NMR进一步表征。对于10a，HSQC分析区分苄基OCH₂Ar信号与两个MOM亚甲基信号，HMBC从苄基亚甲基到苄基苯基ipso碳和urolithin环一个氧代碳的相关支持3-苄氧基取代模式；特征性低场芳香质子也显示取代芳香体系内长程相关。对于10b，HSQC同样区分苄基OCH₂Ar信号与MOM亚甲基信号，其HMBC与苄基苯基ipso碳和urolithin环一个氧代碳的相关与替代的1-苄氧基取代模式一致。互补的HSQC和HMBC数据提供直接波谱连接证据支持10a和10b的归属。取代依赖的芳香¹H NMR模式及与已报道urolithin M7数据的比较进一步支持归属：10a显示δ8.78（d，J=9.7 Hz），与3-取代urolithin环的芳香H-1一致；独立合成的urolithin M7据报道显示H-1 δ8.76（d，J=9.3 Hz），并具有3-取代环特征性H-2/H-4耦合模式；相反，10b显示δ6.99和6.86（各为dd，J=8.6,1.2 Hz），反映邻位耦合芳香质子体系，与替代的1-苄氧基取代模式一致；类似取代依赖的¹H NMR模式在研究人员此前urolithin C和urolithin A合成中的类似区域异构产物中已观察到。10a系列的归属还与11中δ8.94（d，J=9.2 Hz）以及终产物1中δ8.84（d，J=9.2 Hz）特征性低场芳香双峰的保留一致。10a在已报道条件下酸性去除MOM基团得到二醇11；用TBSCl保护两个酚羟基得到双硅醚12；氢解得到用于Schmidt糖基化的3-羟基urolithin衍生物13。结论是确定10a归属并获得糖基化前体13。

3.4 Schmidt糖基化及Urolithin M7 3-葡萄糖醛酸苷的完成：首先考察将8-和10-羟基保护为乙酸酯的初始保护基策略，但所得糖基化前体在Schmidt糖基化条件下溶解性差，未得到目标葡萄糖醛酸苷；因此将乙酰基替换为TBS基团以修订保护基策略。所得前体13与供体14在BF₃·OEt₂存在下按Schmidt条件糖基化得到15，以β-葡萄糖醛酸苷形式分离，收率90%。该90%值指经表征β-葡萄糖醛酸苷的分离收率；由于粗糖基化混合物未定量分析其端基组成，不声称独家β选择性。分离得到β-葡萄糖醛酸苷与供体14的2-O-乙酰基邻基参与一致；2-O-酰基-D-gluco构型供体活化后，C-2酰基参与可生成瞬态dioxolenium（二氧鎓离子）中间体，有利于形成1,2-trans（反式）糖苷，在本体系中对应β-D-葡萄糖醛酸苷。15的β归属还由其端基¹H和¹³C NMR信号支持[H-1^′：δ5.22（d，J_1′,2′=6.9 Hz）；C-1^′：δ98.7]，这些信号与已报道类似受保护β-urolithin A 3-glucuronide [H-1^′：δ5.21（d，J=7.0 Hz）；C-1^′：δ98.9]密切匹配；其他β-urolithin葡萄糖醛酸苷也报道了类似端基耦合常数。相应端基质子经后续转化保留，在16中为δ5.55（d，J=7.5 Hz），在终产物1中为δ5.06（d，J=6.5 Hz），与所归属构型保持一?致。立体化学理由、波谱数据、文献比较和化学关联共同支持15的β归属。15用TBAF（四丁基氟化铵）和AcOH处理去除两个TBS基团得到二羟基衍生物16；在MeOH/THF/H₂O中用KOH碱性水解去除乙酰基并水解葡萄糖醛酸基甲酯，得到urolithin M7 3-葡萄糖醛酸苷（1）。产物保留端基质子δ5.06（d，J=6.5 Hz），其HRMS观测值与计算值一致。未能识别有目录的商业urolithin M7 3-葡萄糖醛酸苷标准品以及可比条件下已报道的该精确化合物的实验旋光度值；因此无法与真实商业样品或文献旋光度直接比较。总体而言，从商业可得3,5-二羟基苯甲酸经14步最长线性序列合成urolithin M7 3-葡萄糖醛酸苷（1），总收率11.4%。结论是完成首次全合成并获得结构表征的终产物。

讨论部分总结：在路线开发中，偶联条件的选择同时考虑区域选择性和反应洁净度；酚保护基策略经修订以实现高效糖基化；环化得到所需区域异构体10a为主要产物；TBS保护前体13的Schmidt糖基化以90%收率得到受保护葡萄糖醛酸苷15；后续脱保护以85.5%收率得到urolithin M7 3-葡萄糖醛酸苷（1）；据研究人员所知，这是该化合物的首次全合成；合成产物为未来分析、代谢、药代动力学和生物学研究提供结构明确材料。研究结论翻译：通过将Pd介导分子内联芳基偶联/Schmidt糖基化策略扩展至更高氧化的M7骨架，完成了urolithin M7 3-葡萄糖醛酸苷的汇聚式合成。路线开发中，偶联条件的选择兼顾区域选择性和反应洁净度，酚保护基策略经修订以实现高效糖基化。环化以所需区域异构体10a为主要产物，TBS保护前体13的Schmidt糖基化以90%收率得到受保护葡萄糖醛酸苷15。后续脱保护以85.5%收率得到urolithin M7 3-葡萄糖醛酸苷（1）。据研究人员所知，这是urolithin M7 3-葡萄糖醛酸苷的首次全合成。该合成产物为未来分析、代谢、药代动力学和生物学研究提供结构明确的材料。