雷曉光課題組在天然產(chǎn)物合成領(lǐng)域的重要進(jìn)展揭示了新的生源合成途徑
探索天然產(chǎn)物生源合成途徑對于天然產(chǎn)物合成以及化學(xué)生物學(xué)研究具有重要意義。例如生源合成途徑中的“環(huán)化/后期氧化”（cyclization/late-stage P450-mediated oxidation）策略被運(yùn)用于一系列具有抗癌活性二萜的全合成中。生源合成上，從共同的生源前體香葉基香葉基焦磷酸（GGPP）出發(fā)，通過萜類環(huán)化酶（terpenoid cyclase）催化的多步碳正離子環(huán)化和重排反應(yīng)可產(chǎn)生各種二萜類天然產(chǎn)物，例如抗癌藥物紫杉醇 （Taxol）、巨大戟醇（ingenol）和抗生素截短側(cè)耳素 (pleuromutilin)。因此，人們對二萜類天然產(chǎn)物的生物合成和仿生合成進(jìn)行了廣泛的研究。
香茶菜屬（Isodon）二萜是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多環(huán)活性天然產(chǎn)物，迄今為止已分離鑒定出1000多種該家族天然產(chǎn)物。與諸多其他二萜天然產(chǎn)物一樣，其生源合成是從GGPP出發(fā)，通過一些列酶促環(huán)化反應(yīng)得到共同的生源前體隨后通過碳正離子重排得到已知的香茶菜屬（Isodon）二萜結(jié)構(gòu)，包括ent-kaurane型，jumgermannenone型和ent-beyerene型。生源推測不同類型香茶菜屬二萜的骨架之間的轉(zhuǎn)化也是通過碳正離子重排實(shí)現(xiàn)的。例如最初的生源途徑認(rèn)為，jungermannenone 型是從ent-kaurane 型通過兩種可能的碳正離子重排而來。
近期,北京大學(xué)雷曉光課題組在前期的工作基礎(chǔ)之上（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3112-3116; J. Nat. Prod. 2018, 81, 298−306），在香茶菜屬二萜的合成研究中取得一系列新的重要進(jìn)展，完成了5個(gè)香茶菜屬二萜分子的首次不對稱全合成，并且發(fā)現(xiàn)由紫外光或自然光引發(fā)的[3.2.1]橋環(huán)骨架自由基重排反應(yīng)可以高效促發(fā)二萜類天然產(chǎn)物的骨架重排，從而揭示了該自由基重排，而非傳統(tǒng)上認(rèn)為的碳正離子重排，是該類天然產(chǎn)物可能的生物合成過程。該反應(yīng)被應(yīng)用于一系列復(fù)雜萜類天然產(chǎn)物或類似物的后期骨架重排中，表明其具有良好的適用性和官能團(tuán)耐受性。該發(fā)現(xiàn)豐富了人們對于萜類天然產(chǎn)物生物合成多樣性的認(rèn)識，而且也為自由基化學(xué)在天然產(chǎn)物合成中的廣泛應(yīng)用提供了新的指導(dǎo)思路。研究成果分別在線發(fā)表在《Chem》期刊和《Angewandte Chemie International Edition》期刊上。雷曉光課題組洪本科博士、劉偉龍博士和博士生王進(jìn)為Chem文章的共同第一作者，北京大學(xué)余志祥課題組與山東大學(xué)婁紅祥教授為該研究工作提供了幫助。博士生吳金寶和日本籍博士后Yuichiro Kadonaga博士為Angewandte Chemie International Edition文章共同第一作者。該系列工作得到國家自然科學(xué)基金（杰出青年基金、重點(diǎn)項(xiàng)目、和創(chuàng)新群體項(xiàng)目）、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、973項(xiàng)目、以及北大-清華生命聯(lián)合中心的資助。
Benke Hong, Weilong Liu, Jin Wang, Jinbao Wu, Yuichiro Kadonaga, Pei-Jun Cai, Hong-Xiang Lou, Zhi-Xiang Yu, Houhua Li, Xiaoguang Lei
Chem 2019, DOI: 10.1016/j.chempr.2019.04.023
Jinbao Wu, Yuichiro Kadonaga, Benke Hong, Jin Wang, and Xiaoguang Lei
Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI: 10.1002/anie.201903682
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