通过 Ugi 四组分反应合成二聚体类固醇 - 甘氨酰甘氨酸偶联物。核磁共振和 X 射线衍射表征

《Steroids》：Synthesis of dimeric steroid-glycylglycine conjugates by Ugi four-component reaction. NMR and X-ray diffraction characterization

　　

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  Ugi四组分反应生成了二聚体甾体-甘氨酰甘氨酸结合物。
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  胆汁酸取代模式的变化产生了结构多样性。
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  NMR表明，在溶液中两个酰胺键均存在为单一旋转异构体。
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  所获得的二聚体之一结晶为具有E-Z排列方式的单一旋转异构体。

引言

天然存在的甾体化合物几乎无处不在。作为细胞膜构建中不可替代的组成部分，或是触发和调节对繁殖和生命维持至关重要的过程的活性物质，这一类化合物一直是化学家、生物化学家和生物学家的关注焦点。甾体化合物的挑战性结构及其生物效应推动了其合成方法和结构修饰方法的发展。因此，在过去的一个世纪中，合成衍生物的数量急剧增长，为避孕和疾病治疗提供了并改进了相关方案[1], [2]。

多组分反应（MCR）是一种高效的合成方法，能够在一步反应中将三个或更多组分组装成具有更高结构复杂度的多官能团单元。通过改变各组分的取代模式或结构，可以实现结构多样性的快速生成，从而构建用于系统评估性质的化合物库。

羧酸、胺、异腈和羰基化合物在一步反应中的组合被称为Ugi四组分反应（U4CR），已被用于合成大量的化合物[3], [4], [5], [6], [7]。特别是，U4CR在线性和环状肽模拟物合成中的应用受到了相当多的关注[8], [9], [10], [11]。

小肽的二级结构的研究、诱导或稳定化是超分子化学中的一个主要挑战。将手性大体积片段共价连接至氨基酸是一种降低小肽构象柔性的便捷策略[12], [13], [14]。Rivera和Wessjohann描述了利用U4CR合成一系列甾体-肽结合物（1–4）的研究，并报告称将刚性的甾体环系统连接至小肽能够增加肽链的构象刚性，并表明甾体核心可作为β-转角诱导剂[12]。同一作者采用鹅脱氧胆酸衍生物描述了双向双U4CR方法，该方法可制得甾体-拟肽大环[13]。我们最近描述了将U4CR应用于使用不同胆汁酸合成单体甾体-二甘氨酸结合物5a-e的研究（图1）[15]。

甾体二聚体最初作为某些反应的副产物被观察到[16], [17]，后来从天然来源中分离得到[18]。在过去40年中，随着具有有趣生物学[19], [20]、化学[21], [22], [23], [24]、物理[25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32]和光物理[33], [34], [35]性质的新化合物从天然来源中分离或人工合成，甾体二聚体受到了日益增长的关注。为甾体结构转化而开发的合成工具已成功应用于该家族成员的合成，推动了该领域的快速发展，已有若干综述[36], [37], [38]和一本专著[39]对此进行了报道。

作为我们关于甾体二聚体合成项目的延续，我们决定探索在U4CR中使用1,4-苯二胺作为桥连元素，以产生二聚体甾体-甘氨酰甘氨酸结合物（DSGGC）。我们的方法采用多种胆汁酸作为起始原料，与甲醛(6)、苯二胺(7)和乙基异氰基乙酸盐(8)（作为U4CR的固定组分）反应（方案1）。

虽然胆汁酸取代模式的变化可以实现结构多样性的快速生成，但其余的结构特征是根据以下结构标准选择的：

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  几个"裸露"羟基的存在预计会增加所得二聚体的极性，妨碍分离和纯化步骤。因此，选择了甲酸酯作为保护基，它可降低二聚体的极性，并且可在不影响酰胺键的情况下轻松脱除，使羟基可用于Ugi后转化。
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  鉴于当使用前手性醛时U4CR已知的较差非对映选择性，选择甲醛以避免非对映异构体的生成。
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  乙基异氰基乙酸盐允许生成具有甘氨酸-甘氨酸片段的产物，其羧酸末端带有乙基酯，该酯可在不影响酰胺键的情况下被水解，从而允许Ugi后官能化（例如延长肽链）。
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  作为连接元素的苯亚甲基由1,4-苯二胺提供，其存在可以通过对应于四个芳香质子的单峰信号轻松验证。在生成结晶材料的情况下，1,4-苯亚甲基桥是通过在变温固态NMR光谱中观察芳香¹H和¹³C NMR信号的聚合-解聚合过程来研究分子转子性质的便捷片段。对于此类实验，非重叠的信号是必不可少的，而1,4-苯亚甲基桥作为旋转器满足这些要求。

经过Ugi后官能化步骤，设计的DSGGC预计将作为合成多肽的中心骨架，利用甾体核上存在的官能团作为肽链的锚定点。这些官能团不同的反应活性将允许在每个位置顺序引入不同的肽链。

实现这一目标的第一步是建立所设计DSGGC的合成与表征程序。在此，我们描述了将U4CR应用于胆汁酸、1,4-苯二胺、乙基异氰基乙酸盐和甲醛之间，以合成四种新的DSGGC。还提供了所有所得化合物的无歧义NMR表征以及所获得加合物之一的晶体学数据。

部分摘录

实验部分

一般方法。反应通过MACHEREY-NAGEL公司的ALUGRAM? SIL G/UV254板上的TLC进行监测。色谱板用50% HClO₄中的1%香草醛溶液喷显，并加热直至显色。熔点使用Melt-Temp II仪器测定。NMR谱图在CDCl₃溶液中于JEOL JNM-ECZ600R光谱仪上记录，以溶剂信号作为参考。高分辨ESI质谱在Sciex的TripleToF 6600–1质谱仪上获得。

结果与讨论

合成序列从按照标准方法[48]制备所需的甲酰化胆汁酸10a-d开始。因此，将四种起始胆汁酸的甲酸溶液依次用高氯酸处理，然后用乙酸酐处理，经色谱纯化后以良好收率得到所需的甲酸酯10a-d（方案2）。

采用甲醛(6)、1,4-苯二胺(7)、乙基异氰基乙酸盐(8)和甲酰化胆汁酸10a-d的U4CR可得到……

结论

我们建立了合成和表征新型二聚体甾体-二肽结合物的简便程序。不同胆汁酸10a-d与甲醛(6)、1,4-苯二胺(7)和乙基异氰基乙酸盐(8)的Ugi四组分反应以低收率得到二聚体甾体-甘氨酰甘氨酸结合物11a-d。

NMR提供了所得化合物结构的充分证据。尽管NMR实验未能对E或Z构型提供确证……

CRediT作者贡献声明

Jorge Victoria-Miguel：监督，研究。J. Leonardo Morales-Baez：研究。Eduardo Hernández-Huerta：研究。Leslie Reguera：研究，数据整理。Marcos Flores-Alamo：撰写—原稿，研究。Martín A. Iglesias-Arteaga：撰写—审阅与编辑，监督，项目管理，方法学，研究，经费获取，形式分析，概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会被认为对本研究所报道的工作产生影响。

致谢

作者感谢学术人事事务总局（Dirección General de Asuntos del Personal Académico）（资助编号 IN202026）和墨西哥国立自治大学化学学院（资助编号 PAIP-5000–9063）提供的财政支持。感谢Nayeli Balbiaux（USAII-FQ）记录NMR谱图。JVM感谢学术人事事务总局提供的博士后研究奖学金。EHH感谢SECIHTI提供的博士奖学金（CVU 1177013）。

Jorge Victoria-Miguel|J. Leonardo Morales-Baez|Eduardo Hernández-Huerta|Leslie Reguera|Marcos Flores-Alamo|Martín A. Iglesias-Arteaga