研究目的:疟疾是由疟原虫引起的。目前疟疾的治疗手段和预防途径仍然是以药物治疗为主。然而由于疟原虫耐药性的出现,可用于疟疾治疗的药物种类和药物数量非常有限。随着药物化学和有机合成技术的发展,研发具有独特结构和作用机制的天然来源或合成的小分子药物已成为治疗疟疾的新方向。Carroll等在2013年从桃金娘科植物Corymbia watsoniana中分离鉴定了一系列化合物,其中watsonianones A-C是β-三酮类化合物。该研究测试了 watsonianones A-C体外抑制氯喹敏感(3D7)和抗性(Dd2)恶性疟原虫株生长的能力,发现watsonianone A对Dd2和3D7虫株的半数抑制浓度(IC50)分别为8.8 μM和5.3 μM;watsonianone B 的 IC50 值分别为 0.4 μM(Dd2)和 0.3(3D7);watsonianone C 的 IC50 值分别为1.2μM(Dd2)和1.1μM(3D7)。上述研究结果提示,watsonianones A-C对恶性疟原虫有明确的体外抗疟活性。Corymbone B是Carroll等在2008年从桃金娘科植物Corymbia peltata的花中分离鉴定的β-三酮-间苯三酚杂二聚类化合物。前人对桃金娘科(Myrtaceae)植物进行研究发现,该科植物富含一系列由环状三酮、间苯三酚二聚或杂二聚形成的、结构丰富多样的特征性活性成分。值得关注的是,这些天然产物结构的复杂多样性和显著的生物活性引起了天然药物化学和有机合成化学家们的广泛研究兴趣,当前已经成为有机和药物化学家们竞相追逐的全合成和结构修饰的目标天然药物分子。本论文报道了我们对天然抗疟疾活性成分watsonianones A-B以及结构类似物corymbone B和isowatsonianone B的仿生全合成,旨在为后续研究开发高效、低毒、稳定性良好、不耐药的抗疟新型实体小分子药物提供稳定可靠的实验技术平台和奠定先导物质基础。研究方法:1、本实验首次实现了三个具有显著抗疟原虫生物学意义的酰基间苯三酚watsonianones A-B和corymbone B的仿生全合成,该仿生全合成基于2,2,4,4-四甲基-6-(3-甲基亚丁基)环己烷-1,3,5-三酮作为共同的合成前体,通过多样性导向合成策略实现它们的高效率全合成。2、此外,关键的共同前体2,2,4,4-四甲基-6-(3-甲基亚丁基)环己烷-1,3,5-三酮是通过单线态O2 Diels-Alder反应途径,以自发烯醇化/空气氧化/Komblum-DeLaMare过氧化重排串联反应作为关键合成步骤,从而简单便捷地获得了关键的目标过氧化物中间体。3、通过添加路易斯酸或路易斯碱作为催化剂、尝试不同溶剂、改变反应温度等外界反应条件,达到关键过氧化物中间体的高产率合成的目的。研究结果:1、优化并确定了从中间体9获得关键过氧化物中间体10的最佳反应条件。在无溶剂存在的条件下,直接暴露于空气中24小时,反应物以薄膜状态黏附于反应瓶壁上即为最优反应条件。该反应条件的发现,不仅在实验室重现了野生植物中特殊而温和的反应条件,而且其合成过程具有高度的仿生合成性质。2、合成过程中获得了 一个天然产物watsonianone B的新类似物,命名为isowatsonianone B;并通过核磁共振波谱、高分辨质谱以及X-Ray单晶衍射等现代波谱技术手段,确证了该化合物的结构。它为watsonianone B的同分异构体,在室温下能够稳定存在,并可以通过硅胶柱色谱法进行成功的分离。值得注意的是,isowatsonianone B和watsonianone B在乙酸回流条件下,能够快速地发生互变异构,实现两者之间的相互转化和平衡。3、本实验首次完成了具有显著抗疟原虫生物学意义的酰基间苯三酚watsonianones A-B以及结构类似物corymbone B的仿生全合成。4、合成过程简洁高效、操作简便,并且起始原料廉价易得。研究结论:通过添加路易斯酸碱作为催化剂、尝试不同溶剂、改变反应温度等外界反应条件,证明添加路易斯酸碱作为催化剂不能有效地促进目标产物的生成,但溶剂和温度对反应效率有轻微的影响。当底物9在无溶剂存在的条件下,直接暴露于空气中,反应物以薄膜状态黏附于反应瓶壁上即为最优反应条件,在该条件下,过氧化物中间体10的产率能够高达35%。进一步的控制实验表明,在没光照的条件下,相应的过氧化反应将会被完全抑制。前述研究结果强烈地暗示着,该反应应该是通过单线态O2 Diels-Alder反应进行的。同时,略微升高反应温度将不利于底物9的自发转化。值得注意的是,该反应只需将底物简单的暴露于室内光照下就能顺利进行,不仅在实验室重现了野生植物中特殊而温和的反应条件,而且具有高度的仿生合成性质;并且过氧化物中间体10及其下游相关衍生物的产生实际上也可能是真实地模拟了自然界中相关分子的生源合成途径。本实验建立了一条高效、结构多样性导向的有机合成策略,实现了具有抗疟原虫活性的酰基间苯三酚watsonianones A-B以及结构类似物corymbone B的首次仿生全合成,合成化合物 watsonianones A-B 和 corymbone B 的1H 和13C NMR 以及 HRESIMS表征数据与Carroll等报道的天然产物实验数据完全一致。此外,研究结果不仅进一步确证了 watsonianones A-B和corymbone B的结构,并在化学层面上阐明了它们可能的生源合成途径。合成过程中获得了一个watsonianone B的新类似物,命名为isowatsonianone B。通过核磁共振波谱、高分辨质谱以及X-Ray单晶衍射等现代波谱技术手段,证实该化合物也具有新颖的双呋喃β-三酮骨架结构。它为watsonianone B的同分异构体,在室温下能够稳定存在,并可以通过硅胶柱色谱法进行成功的分离。值得注意的是,isowatsonianone B和watsonianone B在乙酸回流条件下,能够快速地发生互变异构,实现两者之间的相互转化和平衡。研究结果强烈地暗示着,该双呋喃β-三酮家族中一系列的天然产物可能都是以复杂的区域异构体混合物形式存在的。