多烯化合物如何合成？ ｜数例分析话你知

简介

前段时间，我们介绍过虾蟹为何煮熟了会变红（点击阅读详情）。主要是因为虾和蟹体都有虾青素，这是一种类胡萝卜素化合物，在活体时与蛋白质结合，根据环境的影响，显色出青色、墨绿色甚至蓝紫色。当虾蟹被煮熟时，蛋白质变质，虾青素脱落，则显色出该化合物本身的红色。
像这样的多烯烃类化合物，不仅在动物体内，而且在植物体内，在很多天然产物中都有存在。那么，化学家通常是采用什么策略进行这些类型化合物的合成呢？
让我们一起来，先观察以下两个化合物：
从上述两个化合物的结构式中，我们可以得知这两个化合物都存在多烯烃烷基链，并且只含有杂原子为氧，分子中存在多个手性中心。此外，Paracentrone 1为多累计共轭烯烃化合物，并且还含有一个丙二烯结构；而Bafuredin 5则只含有孤立的两个共轭烯烃，但是烷基链上有两个手性甲基存在。
因此，虽然这两个化合物都是多烯类衍生物，但是合成上需要考虑的问题则大有不同。
对于化合物Paracentrone 1，可以通过钯催化偶联的方法，逐步构建共轭多烯结构：主要采用Suzuki-Miyaura偶联和Sonogashira偶联这两种经典常用的钯催化偶联方法。
化合物Bafuredin 5则主要可以采取Julia-Kocienski烯烃反应构建烯烃骨架，此外还用了环合复分解反应（RCM）构建不饱和共轭烯酸酯环。
两个例子中，我们可以看到人名反应在多烯类化合物合成中的重要应用，那么还有那些人名反应常用于这些类型化合物的制备呢？下面，我们通过一些例子进行了解：

Alkene (olefin)复分解反应

类胡萝卜素化合物通常具有结构对称性，因此以烯烃复分解反应作为关键，可以高效地制备这类化合：

Ramberg-Bäcklund重排反应

Koo等人使用Ramberg-Bäcklund重排反应作为关键，成功制备了三个结构对称的胡萝卜素化合物：

格氏反应

二十世纪50年代，人们就已经开始研究胡萝卜素化合物的合成，其中还用到炔基格氏试剂与醛反应，再经过脱水和还原，完成共轭多烯骨架的构建：

Wittig反应

对于烯烃化合物，Wittig反应也是一个非常有效的合成办法：

HWE烯烃化反应

HWE烯烃化反应，作为Wittig反应的一种改进，制备烯烃时反应条件更加温和，也被广泛地应用于天然产物烯烃的合成。
对于上图所示Amarouciaxanthin化合物，Yamano等人就采用了HWE烯烃化反应，立体选择性地完成了关键结构片段的合成：
我们都知道古人讲究“道法自然”，又说“天人合一”。因此，从大自然中学习，可以获得更多智慧。下面，我们再看看这些化合物生物途径的合成。

生物合成路径

生物合成通常是经过两阶段过程进行，第一阶段酰在生物酶的作用下，完成分子骨架的构建：以二甲基丙烯基二磷酸酯及其异构体为起始物，通过酶的催化合成不同的烯烃骨架。
获得所需碳骨架前体后，生物合成进入到第二阶段：官能团化。
以Lycopene为例子，其后先经过不同的环化过程进一步完成分子碳骨架的复杂化；接着在氧化酶作用下，进行不同的氧化修饰，再次生成多种类似化合物。
以β-葫芦卜素出发，分别经过不同次序的酮活化、羟基活化，可以转变为多种类胡萝卜素化合物。

化学转化

在获得天然化合物后，人们通过合理的化学方法，也可以将这些化合物进一步转化为多种相关衍生物，达到生物合成类似的结果。下图，以Lutein为例子：
我们可以从中获知，Lutein经过不同类型的化学反应，也可以转化为多种类胡萝卜素化合物。

实例解析

小编认为Apocarotenoid 1可以作为一个经典案例进行解析，从中我们可以学习到这类多稀化合物的使用合成方法。

C5 二烯 4, 5, 6的合成

C5二烯4，5和6是合成目标化合物的关键片段，因此，首先进行这三个关键片段的合成制备。
醛12与磷鎓试剂发生Wittig反应，高效合成累积二烯13；随后与片段14在Hoveyda-Grubbs I催化剂作用下进行烯烃复分解反应，得到双官能团化合物4；进一步碘代得到双官能化5；再进一步经高碘酸钠、醋酸铵和MIDA处理，获得期望片段6。
Paracentrone 1的全合成
环氧乙炔11与双官能团5b，在[Pd(PPh3)4, CuI, i-Pr2NH]作用下发生Sonogashira偶联反应，顺利合成烯炔10，接着尝试使用DIBAL-H还原，但没有获得期望但丙二烯9；接着稀炔10与碘代丙烯醇15发生Suzuki-Miyaura偶联反应，以60%收率制备醇16；该化合物经过DIBAL-H还原处理，再经过活化二氧化锰氧化、wittig反应，制备得到烯烃17；随后，在Grubbs一代催化剂催化下，与乙烯基硼酸酯14进行烯烃复分解反应制备硼酸酯7，随后在醋酸钯和Sphos催化条件下，与双官能化合物6a进一步发生Sonogashira偶联反应，获得关键前体18；化合物18与碘代烯酮8再次进行Sonogashira偶联反应，完成目标化合物Paracentrone 1的全合成。

评述

通过上述例子的分析，相信读者朋友们对多烯类化合物的合成，有了初步的了解。
常用到的反应有：烯烃复分解反应，Sonogashira偶联反应，Suzuki-Miyaura偶联，Wittig反应，HWE烯烃化反应，Julia-Kocienski烯烃反应，Ramberg-Bäcklund重排，格氏反应等等。
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