来自手性池萜烯酮的环状单萜-芳香杂化体：获取它们的实用合成方法及作为大麻素受体CB1/CB2配体的计算机评估

《Molecules》：Cyclic Monoterpene–Aromatic Hybrids from Chiral Pool Terpenoid Ketones: Practical Synthetic Methodology for Accessing Them and In Silico Assessment as Cannabinoid Receptor CB1/CB2 Ligands

　　

天然产物中具有环状单萜与芳香部分直接σ-键连接的结构提供了广泛的生物活性来源，如抗菌、抗癌、抗病毒、抗凝及大麻素调节等。现有合成此类杂化结构及其类似物的方法极少，且均存在局限性，最显著的是依赖敏感的有机金属中间体以及难以获得特定立体异构体。研究人员描述了一种高效的三阶段合成方法，能够制备在六元环状单萜与芳香部分之间具有C(sp3)-C(sp2)键的杂化结构。该过程结合：由萜烯酮前体形成烯醇三氟甲磺酸酯，引入大部分立体化学信息；烯醇三氟甲磺酸酯与一组（杂）芳基硼酸进行Suzuki–Miyaura C-C交叉偶联，建立萜烯-芳香连接，初始形式为C(sp2)-C(sp2)键；以及对所得加合物进行立体选择性氢化以获得目标化合物，确立最后一个手性中心的立体构型。研究人员将衍生自薄荷酮（menthone）和trans-四氢香芹酮（trans-tetrahydrocarvone）的对映体萜烯骨架与六种（杂）芳基硼酸（包括甲氧基苯基、吡啶、喹啉和苯并呋喃等药物相关部分）相结合。该方法除了规避对原位形成的敏感有机金属中间体的需求外，其优势在于首次提供了以往任何所述方法均无法获得的薄荷基型和trans-四氢香芹酮型立体异构体的获取途径。研究人员利用SwissADME、ADMETLab 3.0和pkCSM平台，通过计算评估11项选定的理化参数（分子量、极性、水溶性、不饱和度、构象柔性、亲脂性、血脑屏障（BBB）通透性、皮肤通透性、胃肠道吸收、P-糖蛋白（P-glycoprotein）底物行为和利平斯基五规则（Lipinski compatibility）），所得化合物库成员表现出类药物特征。研究人员采用AutoDock Vina进行的计算对接研究进一步识别出靶向人源大麻素受体CB1和CB2已知结合位点的有前景的候选化合物，其计算结合亲和力与已确立的配体相当。

该研究发表于《Molecules》，围绕环状单萜与芳香基团直接通过C(sp³)-C(sp²)σ键连接的天然产物杂化结构展开。研究背景指出，这类天然杂化结构虽具有抗菌、抗癌、大麻素受体调节等多种生物活性，但现有合成方法严重依赖敏感的计量有机金属试剂（如有机锂、镁、锌）或复杂的光氧化还原催化条件，且受限于中间体的立体电子效应，只能获得薄荷醇骨架上赤道连接的芳基衍生物，轴向连接或其他特定立体异构体（尤其是薄荷基型和trans-四氢香芹酮基型的特定非对映体）此前无法通过合成手段获得。此外，现有方法对杂芳香结构单元的兼容性较差。为克服这些局限，挖掘罕见立体异构体的生物潜力并避免手性分离，研究人员开发了一种不依赖敏感有机金属物种的稳健三阶段合成方法论，从手性池萜烯酮出发构建新型环状单萜-芳香杂化分子库，并通过计算ADMET（吸收、分布、代谢、排泄、毒性）评估和分子对接探究其作为大麻素受体CB1/CB2配体的潜力与类药物性质。

为开展研究，研究人员主要采用的关键技术方法包括：从手性池获取(-)-和(+)-薄荷酮及(+)-和(-)-trans-四氢香芹酮作为起始前体；通过烯醇三氟甲磺酸酯形成、钯催化的Suzuki–Miyaura C-C交叉偶联及异相催化氢化构成的三阶段合成路线构建目标杂化结构；利用¹H NMR、¹³C NMR、2D NMR（COSY、HSQC、NOESY）及旋光测定进行化合物表征与立体化学分析；借助SwissADME、ADMETLab 3.0和pkCSM平台进行11项理化与药代动力学参数的计算评估；采用AutoDock Vina基于PDB ID 5U09（CB1）和5ZTY（CB2）晶体结构进行分子对接研究以计算配体结合亲和力。

研究结果部分如下。

2.1. Synthesis of Cyclic Monoterpene–Aromatic Hybrid Derivatives（环状单萜-芳香杂化衍生物的合成）：研究人员从饱和碳骨架的手性池环状萜烯酮前体出发，经烯醇三氟甲磺酸酯化（THF，PhNTf₂，LiHMDS，-85 °C至0 °C）、Suzuki–Miyaura交叉偶联（Pd(PPh₃)₄，K₂CO₃，甲苯-乙醇85 °C）及乙醇中Pd/C催化氢化（室温，H₂）三阶段，将薄荷酮和trans-四氢香芹酮的两种对映体分别与六种（杂）芳基硼酸（苯基、2-甲氧基苯基、2,6-二甲氧基苯基、4-吡啶基、6-喹啉基、3-苯并呋喃基）反应，合成了24种中间体和24种最终饱和杂化衍生物。氢化步骤由预存立体中心控制立体选择性，乙醇溶剂下以单一主要非对映体（>95%纯度）分离，微量次要非对映体（<5%）不可分离。

2.2. Compound Characterization and Stereochemical Analysis（化合物表征与立体化学分析）：研究人员通过多维核磁共振与旋光比对确认结构。通过与文献已知非对映体（如ent-8a'和8b'）的¹H NMR化学位移差异（新建立手性中心连接H原子信号在3.2–3.8 ppm，文献在2.8 ppm以下），结合SPARTAN’24计算谱图预测及2D NOESY NMR分析，证实所得薄荷基系列产物中（杂）芳基取代基相对于甲基为反式（trans）、相对于异丙基为顺式（cis），是与既往方法相反的、此前无法获得的全新立体构型。trans-四氢香芹酮基系列亦获类似结论，其新手性中心H原子显示约12–13 Hz的大耦合常数，符合轴-轴（axial-axial）1,2-trans关系。立体选择性源于异相氢化从位阻较小的甲基面进攻，受底物双（伪平伏）-双（伪轴）构象贡献调控。

2.3. Computational ADMET Assessment to Identify Drug-like Compounds（识别类药物化合物的计算ADMET评估）：研究人员通过SwissADME、ADMETLab 3.0及pkCSM对56种化合物（含前体、中间体及终产物）评估11项参数。结果显示大多数库成员分子量150–500 g·mol^?1、极性（TPSA）20–130 ?²、水溶性评分-6至0、不饱和度0.25–1、柔性0–9、亲脂性-0.7至5.0均在类药物阈值内，符合利平斯基五规则，具满意胃肠道吸收、优于对照的透皮性，部分具BBB通透性且非P-gp底物。2,6-二甲氧基取代物柔性最高，与已知配体Δ⁹-THC和Rimonabant相比，库成员MW和TPSA更低但疏水性适配激动剂作用，不饱和度接近THC，喹啉与二甲氧基取代物药代特征更优。

2.4. Computational Docking Study to Assess Compound Interaction with Cannabinoid Receptors CB1 and CB2（评估化合物与大麻素受体CB1/CB2相互作用的计算对接研究）：研究人员用AutoDock Vina将能量优化的化合物构象对接至CB1（5U09）和CB2（5ZTY）正交结合位点，按结合能分为弱（-5至-7 kcal·mol^?1）、中等（-7至-9 kcal·mol^?1）、强（-9至-11 kcal·mol^?1）结合剂。含6-喹啉基和3-苯并呋喃基的双环体系在各系列中均表现优异，亲和力可比临床HU-210、Δ⁹-THC及Rimonabant。CB1结合主要涉及Val196、Met103、Phe108、Ala380等疏水残基的VDW稳定；CB2结合依赖Phe94、Phe183芳香锚定及Trp258“切换开关”，并新增His95、Lys109等补偿接触。对映体间结合力差异显著（如6a vs ent-6a于CB2），揭示绝对立体化学对靶向优化的关键性。2-甲氧基/2,6-二甲氧基因柔性过大或缺乏自由羟基致氢键受限，表现次于双环芳基。

总结讨论部分，研究人员指出该合成法首次获得薄荷基先前不可达的立体异构体及trans-四氢香芹酮基的唯一合成途径，规避敏感有机金属试剂且无需手性分离。计算评估确立库成员的类药物性质，6-喹啉基化合物为最优CB1/CB2配体候选。未来将扩展骨架与芳基种类，结合二甲氧基与双环芳基协同优化，并在过表达人CB1/CB2细胞中实验验证。

结论部分译为：当前方法利用药理学相关、光学活性的手性池单萜类化合物作为起始前体，组装聚焦于通过单一σ键连接环状萜烯骨架与一系列药理学上特权的（杂）芳香环系的化合物库，其分子设计使所得结构在生物分子结合时表现为模块化配体。所提出的获取这些杂化结构的合成路径具有新颖性，因为它对于薄荷基化合物导致了先前任何现有方法均无法获得的立体异构体，而对于trans-四氢香芹酮基化合物则是迄今为止获取它们的唯一方法。因此，该过程为发掘罕见立体异构体隐藏的生物潜力提供了一个实用且稳健的替代方案，同时成功规避了对限制先前合成方法的敏感原位形成有机金属物种的依赖。应用所提出的方法从前体手性前体获得对映体纯产物，同时消除了对手性分离的需求，而后者是外消旋合成的必然缺陷。所获得的分子库是萜类研究领域的新条目，旨在用于系统性生物筛选。除了包含前所未有的杂化-芳香衍生物（在中心萜烯骨架外围具有取代基的3D展示）外，它还进一步受益于对映体对的纳入。通过比较对映体与特定靶标的结合，将使研究人员能够识别对增强活性至关重要的立体化学基元。基于三个独立平台的系统性计算研究，通过评估11项基本理化参数确立了合成化合物的类药物性质，并强调在两种研究的萜烯骨架上包含2,6-二甲氧基苯基、4-吡啶基或6-喹啉基芳香族的库成员最接近满足大麻素受体靶向所需的药物学特征。此外，对接研究基于计算的结合能评分确定6-喹啉基化合物作为进一步开发的最优候选者，并为选择合适片段以优化亲和力和选择性提供了结构基础。结合计算机ADMET评估，对接研究可作为优先选择具有可行靶标结合特征的化合物候选的有用辅助工具，以推进进一步的药理学和药代动力学研究。未来工作计划将扩展萜烯骨架和杂芳香部分的范围，尝试结合二甲氧基取代和双环芳香族以实现药代动力学性质与靶标亲和力之间的协同，并评估所合成化合物在过表达人源大麻素受体的细胞中的表现，以获取实验结果与计算预测进行交叉验证。