真菌植物毒素(±)-3-脱氧radicinin的高效合成

《Toxins》：Efficient Synthesis of the Fungal Phytotoxin (±)-3-Deoxyradicinin

　　

研究人员以市售的4-羟基-6-甲基-2H-吡喃-2-酮（4-hydroxy-6-methyl-2H-pyran-2-one）为原料，开发了一种高效的植物毒素（phytotoxin）(±)-3-脱氧radicinin（(±)-3-deoxyradicinin）合成方法。通过区域选择性溴化（regioselective bromination）及随后的Horner–Wadsworth–Emmons（HWE）烯化反应引入丙烯基侧链，并通过与巴豆酸（crotonic acid）的路易斯酸催化反应构建第二个吡喃酮环。该合成路线依据操作简便性原则设计，旨在尽量减少危险试剂和溶剂的使用，以及苛刻的纯化程序和低温条件。上述目标在合成序列的大部分步骤中均得以实现，其中溴化步骤使用四氯化碳（CCl₄）仍是主要遗留局限。六个步骤中有四步已成功在克级规模上进行，证明了该路线在可能放大生产中的实用潜力。此外，研究人员还建立了天然产物5,6-脱氢卡瓦因（5,6-dehydrokawain）的实用合成方法。总体而言，以23%的总产率获得了319 mg的(±)-3-脱氧radicinin，提供了一种减少对危险试剂和低温条件依赖的实用方法。因此，该合成策略为进一步放大3-脱氧radicinin的制备以及合成结构相关的类似物提供了有用的平台。

真菌植物毒素（fungal phytotoxins）是由植物病原真菌产生的低分子量次生代谢物，在多种重要作物病害的发病机制中发挥核心作用。它们结构多样，许多成员对宿主植物及其他生物表现出强生物活性，因而在选择性除草剂和生物防治剂开发方面具有吸引力；同时，一些植物毒素还显示细胞毒或抗菌活性，具有潜在药用价值。Radicinin（1）是其中最有前景的代表之一，1953年首次分离，具有除草、抗真菌、抗细菌和抗癌活性。然而，其光学活性形式制备困难，而生物合成前体3-脱氧radicinin（(±)-3-deoxyradicinin，2）活性与1相当且更易合成，加之其作用机制非立体特异性，因此外消旋体2成为更具实用性的合成目标。尽管已有数条合成2的路线，但普遍存在步骤多、总产率低、需使用难处理的有机金属试剂等问题，不适合大规模制备。基于此，研究人员开展了本研究。

研究人员以廉价市售的4-羟基-6-甲基-2H-吡喃-2-酮（3）为起始原料，设计并实现了一条六步合成(±)-3-脱氧radicinin（2）的实用路线，总产率达23%，并成功获得319 mg目标产物。该路线遵循操作简便和安全原则，四步可克级进行，减少了危险试剂和低温条件的依赖；同时，还建立了天然产物5,6-脱氢卡瓦因（9）的两步合成法。该策略为2的放大制备及结构类似物的合成提供了实用平台。

主要关键技术方法包括：以三甲基磷酸酯和碳酸钾对起始物3的羟基进行甲基化；在CCl₄中用N-溴代琥珀酰亚胺（NBS）和可见光照射进行Wohl–Ziegler自由基溴化，得到6-溴甲基中间体5；通过无溶剂Michaelis–Arbuzov反应将5转化为膦酸酯6；随后在甲醇钠/DMF中与乙醛进行Horner–Wadsworth–Emmons（HWE）反应，构建丙烯基侧链得到烯基吡喃酮7；最后以AlCl₃/NaI热解脱甲基，并在POCl₃/ZnCl₂存在下与巴豆酸反应构建第二个吡喃酮环。克级放大中四步仅需一次柱层析。

研究结果分述如下：

**2.1 烯基吡喃酮7合成的优化**：研究人员先后尝试直接通过6-甲基去质子化与乙醛缩合引入丙烯基侧链，但多种碱和溶剂条件下均未获得产物7；改用非烯醇化的苯甲醛时，以57%产率得到天然产物5,6-脱氢卡瓦因（9）。随后改走Wittig型路线：在对4进行溴化时，筛选了N-溴代糖精、三溴异氰尿酸等多种“绿色”溴化剂，均未实现烯丙位溴化；仅采用NBS/CCl₄可见光照射的Wohl–Ziegler条件，以66%产率得到目标溴化物5。5经无溶剂Arbuzov反应93%转化为膦酸酯6。6与乙醛的HWE反应经条件筛选，使用MeONa/DMF室温反应获得76%产率、E:Z为96:4的烯烃7，为最优条件。

**2.2 烯基吡喃酮7的克级放大**：以4.0 g起始物3进行克级合成，甲基化得到4（90%），随后溴化和Arbuzov反应以60%两步总产率得到6，最后HWE反应以69%产率得到7（E:Z=96:4）。7从3出发的总产率为37%，四步仅最后一个步骤需要柱色谱纯化，证明路线具有放大潜力。

**2.3 (±)-3-脱氧radicinin（2）的合成**：研究人员尝试直接将甲氧基烯烃7与巴豆酸或巴豆酰氯在Lewis酸作用下环化，但未成功，归因于甲氧基反应活性低。因此先脱除C-4甲基保护基，多种脱甲基方法中仅AlCl₃/NaI无溶剂70–80°C加热3 h有效，得到脱甲基产物8（未分离）。粗品8直接在POCl₃/ZnCl₂存在下与巴豆酸回流反应，两步以54%产率得到目标化合物2，纯度>97%。1H-NMR和GC-MS表明产物中双键为纯E构型，说明反应条件下Z异构体也发生异构化。

**2.4 与文献合成方法的比较**：与1969年Yamamura路线（5步10%产率，使用CS₂和TiCl₄）、2012年Nakajima路线（4步未报道产率，需NaHMDS和TiCl₄）、2019年本组路线（5步16%产率，需TiCl₄和LDA）及2020年Lockner优化路线相比，本研究路线总产率最高（23%），且避免了低温和多数步骤的附加溶剂与色谱纯化。主要局限是溴化步骤仍需使用有毒CCl₄，虽尝试多种绿色替代方案均未成功。

总结讨论：本工作开发的路线在操作安全和简洁性方面具有明显优势，四步可克级进行，为未来放大和类似物合成奠定基础。讨论部分强调，尽管溴化步骤的CCl₄是环境可持续性的主要瓶颈，但整体策略仍比已有方法更高效实用。结论部分翻译如下：开发了一条从廉价市售α-吡喃酮3出发制备(±)-3-脱氧radicinin（2）的实用合成路线；作为额外成果，还获得了天然产物5,6-脱氢卡瓦因（9）。2是天然植物毒素radicinin（1）的生物合成前体，活性与1相当且更易制备，因此可作为1的替代品用于农业和医学。合成策略遵循操作安全和简洁原则，六个步骤中四步已成功克级进行，证明了实用性和放大潜力。对烯丙基溴化开发的更绿色条件均不理想，需依赖NBS/CCl₄体系，这是主要局限。以23%总产率成功制备2证实了该策略的可行性。未来可通过开发更绿色溴化方案和扩大最后两步环化反应来进一步改进。总体而言，该工作为2的制备提供了实用路线，奠定了结构类似物合成和大规模生物/农化研究的基础，也有助于2与radicinin（1）生物活性的比较和作用机制研究。