徐正仁团队完成Spiroindimicin家族天然产物的化学-酶法仿生合成

2022年7月29日，我室徐正仁研究团队在国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.（《德国应用化学》）上发表了题为“Biomimetic Total Synthesis of the Spiroindimicin Family of Natural Products”的研究论文，实现了Spiroindimicin家族系列天然产物的化学-酶法仿生合成。

Spiroindimicins是一类拥有 [5,5] 或 [5,6] 新颖螺环骨架的二聚色氨酸天然产物，具有显著的抗寄生虫等活性，从而成为全合成的目标分子。而目前仅有两个课题组实现了这类天然产物的全合成。根据生源途径，二聚色氨酸类天然产物都是以色氨酸为起始原料，经氧化二聚得到共同的中间体CPA，但催化其进一步发生C3ꞌ−C2"和C3ꞌ−C4"氧化偶联的酶至今尚未明确。在此研究背景下，徐正仁研究团队采取生物催化和化学氧化相结合的仿生合成策略，利用酶促反应获得关键中间体后，再通过区域选择性氧化偶联构建 [5,5] 和 [5,6] 螺环骨架，最终在6步以内实现了 (±)-spiroindimicins A，D，G和H的全合成。

在生物催化部分，研究团队采用一锅双酶催化色氨酸(12a/12b)氧化二聚的方法制备关键的中间体化合物10a/10b。首先，研究团队比较了6种StaD同源蛋白对13a/13b的二聚反应效率，结合蛋白的表达量，最终确定VioB为该反应的合适酶。随后，以色氨酸12a/12b为起始原料，对8种StaO同工酶与VioB组合制备10a/10b的反应效率进行了考察。结果表明， LaStaO/VioB和LzrO/VioB的组合分别对12a和12b的反应效率最佳，而且可以直接采用粗酶进行反应，产物通过TMSCHN2进行甲酯化，可以分别以69%和37%的产率获得11a和11b。

在化学氧化部分，研究团队首先对未保护前体11a开展了C3ꞌ−C2"氧化偶联条件的筛选。虽然最初得到的都是C2ꞌ−C2"连接的吲哚咔唑产物，但在NCS的作用下作者终于得到了 [5,5] 螺环骨架的氧化产物。然而令人困惑的是，该产物只能通过制备TLC进行纯化。随后，作者对11a吲哚氮原子进行TBS保护后得到化合物14a，该化合物在TCCA/Al2O3的作用下可以35% (51% brsm) 的收率获得 [5,5] 螺环骨架化合物15a。最后，经过还原胺化和脱保护操作，即可完成 (±)-spiroindimicin G (4)的合成。而从14b出发，以类似的操作也可成功完成 (±)-spiroindimicin D (3)的合成。 

接下来，作者继续以14a为底物对C3ꞌ−C4"氧化偶联的条件进行筛选。结果表明，14a在AgBF4/NIS/NaOH的作用下，可以77%的收率获得目标产物16a；进一步优化条件后发现在AgSbF6/NIS/NaOH的作用下，可以以接近定量的产率获得产物。在同样的条件下，14b也可以95%的产率转化成 [5,6] 螺环产物16b。作者还发展了以一锅的形式进行氧化偶联和还原胺化两步操作，可以顺利从16a出发对于完成(±)-spiroindimicin H (2)的合成。从16b出发，经过保护基脱除后，即完成 (±)-spiroindimicin A (1)的合成。

该研究过程合理地利用双酶催化体系一锅制备关键中间体10a/10b，而随后的区域选择性氧化偶联反应中保护基的引入和氧化剂的选择，则是该团队能够在6步以内合成spiroindimicins A，D，G和H的关键。

北京大学药学院博士后郑锡康、博士生李岩为该论文共同第一作者，北京大学药学院徐正仁研究员为该论文通讯作者。该项目工作得到了国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划、北京市自然科学基金等的资助。 

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202208802

【作　者　简　介】

徐正仁，北京大学药学院、天然药物及仿生药物国家重点实验室研究员，博士生导师。研究领域为新型酶催化反应研究、生物催化及其在天然产物合成中的应用。近年来在JACS、PNAS、Angew. Chem. Int. Ed.等国际学术期刊发表多篇研究论文。

（编辑：宋书香）