《ChemistrySelect》：Unprecedented Synthesis of a Terminal Dialkynyl Primary Carbinamine: A Bioinspired Lipid With Cytotoxic Activities
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本研究报道了一种包含末端二炔基伯碳胺（terminal dialkynyl primary carbinamine）基序的仿生化合物的空前合成，该化合物代表了抗肿瘤脂质二炔基甲醇药效团（pharmacophore）的生物电子等排体（bioisostere）。在
本研究报道了一种包含末端二炔基伯碳胺（terminal dialkynyl primary carbinamine）基序的仿生化合物的空前合成，该化合物代表了抗肿瘤脂质二炔基甲醇药效团（pharmacophore）的生物电子等排体（bioisostere）。在探索了数条合成路线后，目标化合物以其盐酸盐形式，经由关键的N-Boc亚胺（N-Boc ynaldimine）中间体成功获得，该中间体由十五碳-2-炔醛（pentadec-2-ynal）经四步反应制得。此外，本文还描述了三种末端二炔基仲碳胺（secondary carbinamines）。在所制备的新化合物中，非天然脂质末端二炔基伯碳胺表现出最高的细胞毒性，针对三种不同癌细胞系显示出良好的活性（IC50范围为2至5 μM）。
论文解读
研究背景与意义
聚乙炔类天然产物（Polyacetylenic natural products）因含有一个或多个碳-碳三键而备受关注。尽管这类化合物在哺乳动物体内极为罕见，但在植物和海洋生物中广泛存在。特别是从海绵中分离出的脂质炔基甲醇（lipid alkynylcarbinols）显示出显著的抗肿瘤活性。前期药物修饰（Pharmacomodulation）研究表明，非天然小分子中包含炔丙醇（propargyl alcohol）或炔丙胺（propargylic amine）结构在医学领域具有重要应用价值。基于此，研究人员从天然脂质烯基炔基甲醇（AACol）的简化结构出发，发现了一种以末端二炔基甲醇（DACol）为核心药效团的仿生系列化合物，其对癌细胞具有显著的体外细胞毒活性。然而，将DACol中的羟基（OH）进行常规生物电子等排替换，即用NHR替换得到仲或伯二炔基碳胺（DACamines），尚未被探索。这不仅是合成上的巨大挑战，也是寻找新型抗癌先导化合物的重要方向。该研究发表于《ChemistrySelect》。
关键技术方法
研究人员采用了多种逆合成策略来构建目标分子。主要技术路线包括：从含氮砌块出发，利用金属炔化物（metal acetylide）的亲核性进行加成；尝试将二炔基甲醇（DACol）直接转化为二炔基酮（DACone）后进行还原胺化；以及从脂质炔丙醛（propargyl aldehyde）出发，分步引入氮基团和炔基单元。关键的技术难点在于末端伯胺（R=H）且其中一个炔基为末端（ethynyl）时的稳定性与合成挑战。最终，研究人员通过N-Boc保护的亚胺（N-Boc ynaldimine）瞬态中间体策略，结合乙炔基格氏试剂（Grignard reagent）的加成反应，成功实现了目标分子的合成。生物学评价方面，研究人员采用磺酰罗丹明B（SRB）法评估了化合物对癌细胞活力的影响，并利用CRISPR/Cas9基因敲除技术探讨了其潜在的细胞作用机制。
研究结果
2.1 从含氮砌块出发合成DACamines的方法（路线a和b）
研究人员首先尝试了将炔基二甲基铝（alkynyldimethylaluminium）一步法双加成到N-甲酰基或N,O-缩醛甲酰胺中，但该路线仅适用于叔胺，无法获得目标伯胺。随后，研究人员探索了使用乙基N-甲苯磺酰基甲亚胺酸酯（ethyl N-tosylformimidate）作为关键中间体的分步构建策略。然而，该路线同样面临局限性，主要生成对称的DACamine，无法满足本研究对不对称目标的合成需求。
2.2 从脂质二炔基甲醇（DACol）化合物出发的直接合成方法（路线c）
研究人员尝试了从DACol前体出发的直接合成路径。虽然在Mitsunobu条件下直接制备伯胺极具挑战，但通过氧化DACol得到二炔基酮（DACone）后进行还原胺化看似可行。然而，当使用氨/甲醇和氰基硼氢化钠处理DACone时，并未成功得到伯胺，而是发生了共轭甲醇加成到内部三键的反应，或者形成了亚胺副产物，表明该直接转化路径效率低下且副反应严重。
2.3 从脂质炔丙醛出发合成DACamines的方法（路线d和e）
鉴于上述困难，研究人员转向从炔丙醛出发的策略。首先，利用N-PMP（对甲氧基苯基）保护的亚胺中间体与三甲基硅基乙炔（TMSA）反应，成功合成了末端炔基仲碳胺10。但是，尝试脱除PMP保护基以得到伯胺时，无论是化学氧化还是电化学氧化均失败，只得到聚合物副产物。为了扩大分子库，研究人员合成了N-甲氧基胺衍生物13，同样未能顺利脱保护。最终，研究人员开发了基于N-Boc保护基的瞬态亚胺策略。通过将二氨基缩醛（diaminal）中间体20与乙二酸二叔丁酯反应，原位生成N-Boc亚胺19，随后与乙炔基溴化镁反应，经酸化后得到前所未有的脂质伯二炔基碳胺盐酸盐23，总产率达77%。
2.4 生物测定
研究人员在HCT116结肠腺癌细胞系中评估了外消旋仲胺和伯胺的细胞活力影响。结果显示，带有庞大取代基（PMP、OMe、Boc）的仲碳胺活性较低（IC50> 10 μM），而伯碳胺盐酸盐23表现最为优异，IC50为5.0 μM。进一步在U2OS骨肉瘤细胞和HAP-1细胞中测试发现，化合物23的IC50低至约2 μM。机制研究表明，与DACol依赖SDR酶（HSD17B11和RDH11）介导的细胞毒性不同，化合物23在这些SDR酶敲除的细胞中对敏感性的影响甚微，表明其具有不同于DACol的作用机制。此外，化合物23对U2OS和HCT116癌细胞的细胞毒性高于非转化的RPE1-hTERT和WI38-hTERT细胞，选择性指数达5.5至7倍。
讨论与结论
本工作首次报道了同时具备仲胺或伯胺功能以及末端炔烃的DACamines实例。这些分子的制备极具挑战性，因为它们含有三个氢原子（NH、C≡CH和CH）和两个三键，使其在酸性、碱性、氧化性和亲核性条件下极易降解。研究人员通过向各种N-取代亚胺中间体加成适当的金属炔化物，成功构建了末端二炔基碳胺。当亚胺的氮原子被甲氧基或对甲氧基苯基取代时，所得仲碳胺产物无法脱保护生成相应的伯碳胺。相比之下，使用瞬态N-Boc亚胺中间体，经过炔化物加成和后续脱保护步骤，成功分离得到了前所未有的二炔基伯碳胺。值得注意的是，外消旋非天然脂质伯DACamine 23在三种不同癌细胞系中表现出良好的细胞毒活性，IC50值在2至5 μM之间，显著优于末端二炔基仲DACamine类似物。重要的是，该活性独立于介导DACol细胞毒性的SDR酶HSD17B11和RDH11，指出了不同的作用机制。化合物23对U2OS和HCT116癌细胞系的细胞毒性大于对非癌细胞的毒性，表明优化后的衍生物可能具有抗癌应用潜力。总之，本研究结果为开发具有新型作用模式的 enriched lipidic DACamine 化合物铺平了道路，揭示了源自天然细胞毒性DACol药效团的未开发结构多样性。
