图3.PtmO6在化学酶促全合成中的应用(图)

接下来，作者通过发散合成制备了ent-kauranes（图3）：mitrekaurenone（21），fujenoic acid（23）和pharboside aglycone）（25） . 具体来说，甜菊醇（9） 通过两步过程（3° 醇溴化和自由基脱卤）转化为 ent-kaurenoic acid（13），后者）。通过 PtmO6 氧化得到单一的非对映异构体产量高（15），并且这种转化可以在表达 PtmO6 的大肠杆菌细胞的澄清裂解物中以克级进行。15 被 DMP 氧化为相应的酮（20），后者在三溴化吡啶的作用下发生α-氧化，同时诱导分子内内酯化，从而实现了5步合成21钌多吡啶配合物，收率为36%。对于23的合成，在B上进行10电子氧化环是必需的。起初，作者试图将 20 化学转化为 α-羟基酮 22，但发现使用 PtmO6 以更高的收率获得它 22，l之后被 NaIO4 氧化（破坏 C6-C7 键），DMP 氧化（缩酮氧化），分 7 步得到 23，总产率为 26%。相比之下，25 为甲酯 24，通过 Burgess 试剂将 2°醇脱水成相应的烯烃，然后两种烯烃在 OsO4 和 NMO 的作用下同时转化为相应的顺二醇单元，共6步，总收率29%。

图3. PtmO6在化学酶促全合成中的应用。图片来源：科学

从甜菊醇 9 开始，rosthornin C (30） 和 rosthornin B (3）) 的合成需要在 C7 和 C11 处进行羟基化，在 C19 处进行羧基还原，并在 C15 处引入羰基（图 4）. 那么，如何同时实现 C7 和 C11 的羟基化呢？作者发现酮 26（由 PtmO6 羟基化和重铬酸吡啶 (PDC) 氧化两步法制备）可以进行区域选择性通过 PtmO5-RhFRed 在 C11 处的羟基化，尽管转化率适中。使用共表达的 PtmO5-RhFRed 和 Opt13，以 65% 的分离产率获得 27，后者在 Ac2O 和乙酰化在 DMAP 的作用下在 C11 位选择性进行接下来需要将C19羧酸还原为醇29，即先将酸转化为相应的酰基咪唑，然后用NaBH4处理，但这个过程伴随着C7酮还原为α -alcohol.29 在 a 下被选择性氧化成酮SeO2 和 IBX 的反应，从而在 D 环上安装烯酮单元，共分 7 步完成，总收率 12%。 30的合成。最后将C19伯醇选择性乙酰化得到3。

由于 Fischericin B (2） 含有笼状醚基，作者从 9 出发，经 PtmO5 氧化得到 C11 羟基化产物，在强酸性条件下 (TFA) 得到所需的笼。得到醚基31。然后将31的游离酸甲基化，然后对其C13叔醇进行Barton脱氧，C19酯基还原得到34，在Suarez次碘酸盐反应条件下得到碘醛35。碘醛可以进一步氧化并发生分子内闭环反应，从而实现9步全合成2（总收率：25%）。值得一提的是，2的全合成采用了混合氧化法，即酶促氧化（ C11位羟基化）和化学氧化（C20位C-H键的氧化）。

图4. PtmO5-RhFRED在化学酶全合成中的应用。图片来源：科学

由于甜菊糖可以一步转化为异甜菊醇（36）），所以作者尝试合成了ent-atisane和ent-trachylobane（图5A），但这个过程需要安装在C12位置才能随后生成邻位碳- 如上所述钌多吡啶配合物，PtmO5-RhFRed可以有效促进C11位的羟基化，因此作者假设36在PtmO5-RhFRed的作用下在C11位羟基化，生成的醇从C11位转移到事实上，在 C12 位，36 与 PtmO5-RhFRed 的反应出乎意料地产生了 C12 羟基化产物 37，产率为 92%，克级。 37 在三氟甲磺酸（TfOH）的作用下，预期的 Wagner-Meerwein 重排得到 38，其被 L-selectride 还原得到醇 39。然后，39 在 BF3•Et2O 和 Et3SiH 的作用下发生还原重排，得到3次回收后，收率61%。 ent-trachylobane 40. 作者推测这种重排可能是通过 C13 醇电离，然后形成非经典碳正离子和在 C15 处选择性还原猝灭。

先前的研究表明，38 在结构上与天然的对映异构体高度相似，是一种有用的中间体，可通过酶促羟基化获得更多氧化的对映异构体。如图 5B 所示，在 PtmO6 的作用下可将 C7 位氧化为醇 41，经过 Wolff-Kishner 脱氧（C13 酮）和 PDC 氧化（C7 位-OH）得到酮 42（螺内酯 C（< 中间体） @5）)。或者，C2 位也可以在 BM3 MERO1 M177A 的作用下氧化成醇 43，并且没有观察到 C15-C16 烯烃的环氧化。Wolff-Kishner 将 43 还原为 44，后者可进一步转化为二萜生物碱耳蜗碱（6）.

图5. 通过非生物支架重排和混合氧化合成复杂的天然产物。图片来源：科学

如图5C所示，中间体40可以发散合成mitrephorones A、B、C（7、49、8）。具体来说，在BM3 MERO1 M177A的作用下由于酶底物比较高，该工艺还可以进行迭代氧化，在C2位安装一个酮，然后PtmO6氧化，PDC氧化得到二酮45，再通过PtmO6氧化，在C2位安装OH C6 位。由于中间体 46 不稳定，需要 C19 酸快速甲基化，并在 C6 位进一步氧化，随后发生酮-烯醇互变异构，从而完成了 mitrephorone C 的合成（8）。此外，47可以通过用PtmO6氧化中间体40的C7位得到。那么接下来的问题是如何在C6-C7上安装二酮单元。什么？首先，作者试图将C7-OH脱水成相应的烯烃，然后用钌催化剂直接氧化C6-C7二酮单元安装C 6-C7 二酮单元。然而，这种方法不仅收率低，而且伴随着副产物的形成。于是，作者另辟蹊径，将47氧化成相应的酮48，在PtmO6的作用下在C6位发生羟基化和甲基化，再用PDC氧化，实现了mitrephorones B(49）.提到作者偶然发现49可以在空气中慢慢氧化成7（产率：7天后为45%；产率：14天后为65%）。

总结

Hans Renata教授课题组开发了一种化学酶促合成策略，最多仅需10步即可实现9种复杂二萜类化合物的全合成。该战略的关键在于细菌衍生酶的“强制业务”——催化它们在自然界中不催化的反应。三种不同的酶在 A、B 和 C 环的特定位点进行羟基化反应。此外，该工艺还可以与化学C-H键氧化相结合，弥补了纯化学方法的不足。该反应不仅为复杂二萜类化合物的全合成开辟了新思路，也为化学催化与生物催化的结合奠定了坚实的基础。

通过混合氧化方法发散合成复杂的二萜

小张、Emma King-Smith、Liao-Bin Dong、Li-Cheng Yang、Jeffrey D. Rudolf、Ben Shen、Hans Renata

科学, 2020, 369, 799-806, DOI: 10.1126/science.abb8271