1变8的魔法

诸平

The team of the Kekulé Institute for Organic Chemistry and Biochemistry: - (from left) Katharina Pieper, Andreas Gansäuer, Christian Köhler and Regine Mika from the Kekulé Institute for Organic Chemistry and Biochemistry at the University of Bonn. © Photo: Volker Lannert / University of Bonn all’images in original size.

据德国波恩大学（University of Bonn / Universität Bonn, Gerhard-Domagk-Str. 1, Bonn, Germany）2024年2月19日提供的消息，波恩大学的化学家发明了生产自然物质变体的技术，能使一个变成八个（Turning One into Eight）。

为了合成潜在的药物或天然产物，你需要具有特定镜像变体和高纯度的天然物质。波恩大学的化学家们首次成功地用一种相对简单的工艺，从一种原料中生产出了聚丙酸酯（polypropionate）构建模块的所有8种可能变体。他们的研究成果于2023年12月18日已经在著名的德国《应用化学国际版》（Angewandte Chemie International Edition）杂志网站发表——Katharina Pieper, Dr. Robin Bleith, Christian Köhler, Regine Mika, Prof. Dr. Andreas Gansäuer. A Flexible Synthesis of Polypropionates via Diastereodivergent Reductive Ring-Opening of Trisubstituted Secondary Glycidols. Angewandte Chemie International Edition, 2024, 63(9): e202317525. First published: 18 December 2023. DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202317525. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202317525

聚丙酸酯类（Polypropionates）是可以帮助拯救生命的天然产物。需要它们来制造备用抗生素，这些化合物只用于治疗耐药细菌引起的感染。在自然界中，手性化合物以两种不同的变体存在，它们具有相同的分子式，但互为镜像，就像人的右手和左手一样。因此，化学家称之为“手性”（"chirality"）。

波恩大学凯库勒有机化学与生物化学研究所（Kekulé Institute of Organic Chemistry and Biochemistry at the University of Bonn）的安德里亚斯·甘索尔（Andreas Gansäuer）教授解释说：“有趣的是，镜像形式可以具有非常不同的性质，一个众所周知的例子无疑是香芹酮（carvone）。这种分子的右旋形式（dextro-carvone简称d- carvone）闻起来有香菜（caraway）的味道，而左旋形式（levo-carvone简称l- carvone）则赋予了薄荷(peppermint)独特的气味。”

许多药物也含有镜像形式具有不同性质的分子。波恩大学物质跨学科研究领域（Matter Transdisciplinary Research Area at the University of Bonn）的成员安德里亚斯·甘索尔说：“不同的性质在人体内也会产生不同的影响，所以在药物中使用正确的形式是至关重要的。”

“虽然聚丙酸酯类物质是天然存在的，但我们需要它们在一种特定的变体中具有高度的选择性，并以高纯度用于药物制造，”安德里亚斯·甘索尔补充说，并指出了问题所在。“然而，到目前为止，合成聚丙酸酯类物质的过程既复杂又耗时。”

安德里亚斯·甘索尔和他的团队现在已经提出了一种方法，可以轻松地生产出所需的变体。并透露:“我们能够用一种原料，在这种情况下是一种醇，制造出八种不同的变体。”聚丙酸酯类物质是由甲基和羟基交替排列的烃链组成的化合物。“不同的取代基连接到链上的3个碳原子上，可得到总共有8种不同的形式，我们称之为聚丙酸酯构建块的异构体。”

波恩大学的研究人员使用了两种已知的方法来制造8种异构体的前4种前体，并添加了一种新的方法，称为加氢硅烷化（hydrosilylation）:“异构体是通过我们为右旋形式添加氟化物或为左旋形式添加钛来产生的。”这个过程类似于树上树枝的形成。一切都从树干开始，在这个例子中是醇（alcohol），首先有两根树枝从树干上分裂出来。这在镜像变体中就产生了一种环氧化物——一种包含氧原子的三元环结构。在前两个分支上加上一个烯烃（olefin），即碳碳双键，形成另外两个分支。在最后一步，也就是环氧化物的加氢硅烷化反应中，从这4个分支中分离出总共8个分支。

安德里亚斯·甘索尔高兴地说：这项技术有几个好处: “我们的方法可以在室温下工作，一些经典反应必须在非常低的温度下进行。此外，我们不再需要使用贵金属作为催化剂，这意味着我们的方法更具可持续性。” 他继续说道:“我们的工作将能够作为合成药物的基础。当你在生产药品时，你永远不会事先知道你需要什么形式的物质。物质筛选通常涉及测试数千种异构体以确定正确的化合物。如果你能制造出八种不同的形式，就像这里展示的，你也能制造出任何你想要的有趣的物质，这样你就更有可能找到一种有效的结构。”

这项工作由德国研究基金会(German Research Foundation / Deutsche Forschungsgemeinschaft简称DFG grant 377331858) 资助。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Graphical Abstract

Our novel approach towards polypropionate synthesis features stereochemically uniform trisubstituted sec-glycidols as branching points for the highly selective synthesis of all isomers of polypropionate building blocks. The key-step of diversification is accomplished by mechanism-control of the diastereodivergent reductive opening at the epoxide's tertiary C-atom that occurs with excellent control of regio- and stereoselectivity.

Abstract

Polypropionates, characterized by their alternating sequence of stereocenters bearing methyl- and hydroxy-groups, are structurally diverse natural products of utmost importance.[1] Herein, we introduce a novel concept approach towards polypropionate synthesis featuring a diastereodivergent reductive epoxide-opening as a key step. Readily available and stereochemically uniform trisubstituted sec-glycidols serve as branching points for the highly selective synthesis of all isomers of polypropionate building blocks with three or more consecutive stereocenters. Stereodiversification is accomplished by an unprecedented mechanism-control over the stereochemically complementary modification of the epoxide's tertiary C-atom with excellent control of regio- and stereoselectivity. Since our method is not only suited for the preparation of specific targets but also for compound libraries, it will have a great impact on polypropionate synthesis.