俞飚课题组：A-94964的全合成与立体化学归属

huanping

随着抗生素的长期广泛应用，细菌耐药问题日益突出，对公共健康造成严重威胁。因此，研制具有全新作用机制的抗菌药物迫在眉睫。A-94964是由日本第一制药三共株式会社科学家于2008年报道的从一株链霉菌中分离得到的一个结构新颖的核苷类抗生素。活性研究表明，A-94964能够有效抑制磷酸-N-乙酰胞壁酰五肽移位酶MraY的活性，IC50 = 1.1μg/mL。MraY酶在细菌中负责催化肽聚糖前体Lipid I的合成，在不同细菌物种间高度保守，被认为是发展新型抗生素的潜在靶点。
　　相较其它天然核苷类抗生素，A-94964含有独特的八碳糖醛酸尿苷骨架，其中C6’位和C7’位均被修饰，C6’位连接了一个吡喃型六碳糖，C7’位则通过磷酸二酯键与一个吡喃型氨基己糖相连；此外，氨基糖上还连有一个甘氨酸单元并延伸出不饱和脂肪酸链。然而，文献中仅给出A-94964的平面结构，而没有提供任何立体化学信息。事实上，A-94964骨架和糖单元总共含有16个手性中心，理论上有216个可能的立体异构体。

图 A-94964的全合成与立体化学归属

　　日本东京大学Kuzuyama课题组通过发酵和纯化，提供了约3毫克的A-94964样品。意大利那不勒斯费德里科二世大学的Molinaro和Silipo课题组通过高场核磁共振技术，推测了其中的呋喃糖环和2个吡喃糖环的结构，它们分别是β构型的核糖、α构型的氨基葡萄糖和β构型的甘露糖。但是，其中对于甘露糖异头位构型的指认基于其碳氢耦合常数1JC1’’-H1’’的数值（165 Hz），结论较勉强；而且，由于C6’位和C7’位处在柔性侧链，其立体构型无法根据核磁数据来确认。而不饱和脂肪酸链在天然核苷类抗生素中具有不均一性，其中的手性中心尚无法探究。
　　基于上述合作研究结果，俞飚课题组开始了对A-94964的全合成和结构确认研究。首先的目标是对含β构型甘露糖单元的4个C6’位和C7’位不同构型的立体异构体的全合成。他们设计了模块化的合成路线，将目标化合物分解为四个砌块，先后采用立体选择性糖苷化反应，H-亚磷酸酯法和选择性酰化进行拼接。首先，从尿苷出发，通过立体选择性烯基化反应和Sharpless不对称双羟化反应，快速制备了关键的4个八碳尿苷立体异构衍生物；随后，利用课题组发展的一价金催化的β-选择性糖苷化反应安装C6’位的甘露糖；接下来，由H-亚磷酸酯法构建磷酸二酯键，得到全保护的三糖，再利用转移氢化脱除所有苄基类保护基；然后，借助亲核性差异实现对氨基的选择性酰化连接不饱和脂肪酸链；最后，在精心控制的酸性条件下脱除保护基得到A-94964可能的4个立体异构体。
　　遗憾的是，这4个立体异构体的核磁数据与天然产物均存在明显差异。而差异主要来源于甘露糖和八碳糖醛酸部分。通过仔细分析甘露糖单元的碳谱数据，C3’’位和C5’’位信号相较天然产物偏向低场，而1JC1’’-H1’’值为156 Hz，远小于天然产物的165 Hz。因此，推测其异头位很可能是α构型，而不是原先指认的β构型。
　　于是，通过更换甘露糖的糖苷化方法，采用全苄基保护的三氯乙酰亚胺酯作为给体，借助立体位阻和异头位效应，以α-选择性引入该糖单元。随后，经过类似的转化，高效地合成了含α构型甘露糖单元的4个立体异构体。通过核磁共振数据的仔细分析和比对，确定了天然产物的正确立体化学。最终，A-94964被确认为含有C6’(S),C7’(S)-八碳糖醛酸尿苷骨架，C6’位修饰有α-甘露糖，C7’位通过磷酸二酯键与α-氨基葡萄糖相连的核苷化合物。
　　这一工作为基于此类结构的抗菌药物研发打下了必要的基础。近日，相关研究成果以“Total Synthesis and Stereochemistry Assignment of Nucleoside Antibiotic A-94964”为题在线发表于Angew. Chem. Int. Ed.（https://doi.org/10.1002/anie.202200818）。论文第一作者为邵笑飞博士，他于2020年毕业于中科院上海有机化学研究所俞飚课题组，随后，博士后入站国科大杭州高等研究院化学与材料科学学院。这一工作得到了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和上海市科委的资助。
　　此前，俞飚课题组已完成了一系列结构新奇的天然核苷类抗生素的全合成，包括A201A (J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4157–4160), Tunicamycins (Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 6618–6621), Amipurimycin (Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 2884–2888; 2019, 58, 10558–10562), 和Amicetin系列抗生素(J. Org. Chem. 2018, 83, 7076–7084; Chin. J. Chem. 2021, 39, 2679–2684)等。


        文章来源：上海有机所
        俞飚，中国科学院上海有机化学研究所研究员，1989年在北京大学技术物理系获学士学位；1992年、1995年在中科院上海有机所分别获得硕士、博士学位。1996年到纽约大学从事博士后研究。现任中国科学院上海有机化学研究所研究员、生命有机化学国家重点实验室主任、中国科学院上海有机化学研究所 副所长。