Ritterazine B（1）是一种吡嗪双甾体（bis-steroidal pyrazine，BSP）类天然产物，于1995年从日本伊豆半岛的海洋生物Rikiella tokioka 中分离出来，被美国国家癌症研究所（NCI）描述为“有史以来最有效的生长抑制剂之一”。在NCI-60细胞系筛选中，1对P388白血病细胞显示出亚纳摩尔级的抑制活性（0.17 nM IC50），并且平均GI50为3.2 nM。尽管BSPs会诱导细胞凋亡，但天然来源的缺乏阻碍了1及其相关化合物的生物活性研究。Shair等人的研究表明BSPs可以作为氧固醇结合蛋白的高亲和力配体，而最近的证据表明内质网特异性热休克蛋白GRP78可能是其有效的靶标。
在此基础上，加州理工学院的Sarah E. Reisman教授课题组首次报道了细胞毒性生物碱Ritterazine B的全合成。如图1所示，其逆合成路线从中央吡嗪环处断开，分为“western”和“eastern”类固醇2和3，后者可通过Au-催化的相应炔烃（4和5）的环异构化制备而成，而相应炔烃（4和5）又可以从相同的前体trans-脱氢雄甾酮（8）出发，经Ti介导的炔丙基化反应得到，这也是该全合成的关键之处。相关成果发表在J. Am. Chem. Soc. 上。
图1. Ritterazine B的逆合成分析。图片来源：J. Am. Chem. Soc.
具体而言，从已知的类固醇9（从8两步制备而成，收率：75%）出发，用过量的TBSOTf和Et3N处理，以保护C3和C12位醇并在C17处形成烯醇硅醚（图2A）。接着向反应混合物中加入异丙醇和NBS，可在一锅中以定量的收率得到α-溴代酮10，后者在碱性条件下会发生消除反应（消除C16位溴化物）得到异构的烯酮混合物（Δ14,15和 Δ15,16），随后用Et3N和TMSOTf处理后，会聚为二烯醇醚11，后者在DMDO的作用下对C16-C17位烯烃进行选择性环氧化，然后加入四丁基氟化铵（TBAF），以92％的收率得到发散合成中间体——α-羟基酮12。
接着，作者将注意力转向“western”和“eastern”类固醇2和3中的独特螺环缩酮。为此，他们参考了Sato等人报道的条件——Ti介导的炔丙基化反应，并证明是唯一有效的方法（图2B）。具体而言，先用正丁基锂处理12（使C16位醇去质子化），然后添加炔丙基溴6或7衍生的有机钛物种进行1,2-加成，分别以54%和56%的收率得到炔13和14。尽管存在轴向甲基，但这些加成反应仍具有独特的β-面选择性，这可能是由于在C16和C17氧之间形成了α-环状螯合物。此外，虽然13和14在C17/C17'处获得了极好的非对映选择性（> 20:1 dr），但在C20'/C20处却形成了1：1的差向异构体混合物。
图2. “western”和“eastern”炔片段的合成。图片来源：J. Am. Chem. Soc.
尽管C16位醇的α-立体异构体在炔丙基化反应中至关重要，但本文中却需要将β-醇转化为所需的螺环缩酮。对于western类固醇（2），立体转化是通过氧化成烯酮、脱除对甲氧基苯基醚以及羟基导向的1,2-还原实现的，最终以86%的收率得到螺环缩酮前体4（图3A）。经过广泛的筛选，发现二醇4在CyJohnPhos•AuCl（10 mol％）和AgBF4（5 mol％）的作用下能以68%的收率提供单一的非对映异构体——螺环缩酮15。值得一提的是，该反应不仅在螺环缩酮上提供了正确的构型，而且使C20'的差向异构体会聚，从而提供了所需的α-位甲基。并且反应的总选择性取决于二氯乙烷溶剂、CyJohnPhos配体和四氟硼酸根抗衡离子。接着，用铬酸盐（Cr(V)）处理15（将C7'处的烯丙基氧化），并将所得的中间体烯酮用SmI2和2-萘硫醇还原（以获得完全饱和的B'环），以85%的收率得到单一的非对映异构体16，其中低温对防止C14-C15烯烃的过度还原至关重要。在用三异丙基硅基保护16的C7'醇后，一锅法加入Et3N•3HF以选择性地得到C3'醇17，后者在Shair和Fuch报道的条件下氧化为酮，然后在C2位进行α-溴化和叠氮化，以63%的总收率得到western类固醇片段18。相比于传统的硝基甲烷，使用1-硝基丙烷作为叠氮化溶剂对于中间体溴化物的增溶是必要的。另外，通过防止18中不希望的N2消除，也显著提高了收率。
图3. Ritterazine B的全合成。图片来源：J. Am. Chem. Soc.
如图3B所示，eastern类固醇3的合成与上述合成过程很相似，但略有修改。首先，14通过脱保护、Stahl氧化，以两步81%的总收率得到中间体19，后者通过用SmI2和H2O进行的脱氧除去C17位醇，接着用二异丁基氢化铝进行非对映选择性的1,2-还原，以两步58%的总收率得到5；尽管相对于两步法，收率和非对映选择性大大降低，但过量的SmI2可以直接将19四电子还原为5。随后，5在Au(I)催化下进行螺环化反应，以构建5/5环体系（单一的异构体），接着向反应混合物中直接添加Et3N•3HF，使得C3位甲硅烷基选择性脱保护，最终以85％的收率得到20，后者在Shenvi等人开发的条件下，通过氢原子转移（HAT）还原C5-C6和C14-C15烯烃，一步法安装了两个立体中心，并且在C/D环结处cis-并环，得到完全饱和的产物，DFT计算也证实这一结果。接着，经过相同的氧化/溴化/叠氮化方案，随后是酮缩合和Staudinger还原，最终以定量的收率得到eastern类固醇片段21。最后，两个类固醇片段在Lewis酸催化下进行异二聚提供了所需的吡嗪（图3C），接着用TBAF进行全局脱保护得到Ritterazine B，产率为82％，这是其首次全合成，并且光谱表征数据与报道的天然产物相一致。
图4. 螺环缩酮的能量分析。图片来源：J. Am. Chem. Soc.
根据C20/C20'处观察到的差向异构化，作者猜想该过程是通过最初的立体消融单环化/异构化，然后是双非对映选择性缩酮形成而导致的。为了探究C20/C20'立体中心的优先形成，他们计算了DFT优化的15和22的基态能量（图4），结果显示所观察到的异构体能量比其非天然C20和C20'差向异构体分别低2.1 kcal/mol和4.2 kcal/mol。不利物种23和24的构象分析表明C20/C20'-β-Me与轴向C13/C13'-Me基团之间存在着类似于syn-正戊烷的相互作用。而这些相互作用在α-位的C20-Me基团上则不存在，从而在空间上显得位阻较少。
Sarah E. Reisman教授课题组从简单的类固醇trans-脱氢雄甾酮出发，使用统一的方法对两个类固醇片段进行合成，实现了Ritterazine B的首例全合成。该策略的主要特点包括钛介导的炔丙基化（以得到不同的炔烃）和金催化的非对映选择性螺环化反应（以构建螺环缩酮）。值得一提的是，本文开发的方法可实现化合物1及其类似物的毫克级制备，可为生物学和药学研究提供足够的原料来进一步研究BSPs的抗癌效果。
Total Synthesis of Ritterazine B
Yasuaki Nakayama, Michael R. Maser, Tatsuya Okita, Anton V. Dubrovskiy, Taryn L. Campbell, Sarah E. Reisman
J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 4187–4192, DOI: 10.1021/jacs.1c01372
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