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海洋生物中蕴含着丰富的天然产物，如halichondrin B、palytoxin和maitotoxin，其分子量大多超过1000，被称为超碳链化合物。Amphidinols（AMs，Figure 1）是从双鞭甲藻属生物中分离得到的超碳链化合物家族，表现出强大的抗真菌和溶血活性。目前，已有22种amphidinol同源物（AM1~AM22）被分离出来，其中仅有AM3的绝对构型通过NMR分析和天然产物的降解得到确定。但由于天然产物的分离量有限并且非环碳链上存在许多手性中心，因此难以确定AM3的绝对构型。
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（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
尽管通过计算分析可以确定化合物的结构，但将该方法应用于复杂的天然产物仍存在争议。因此，全合成是确认AM3完整绝对构型的最可靠方法。尽管Cossy、Paquette、Roush、Rychnovsky和Crimmins等人已经报道了许多AM3的合成研究，但是这些研究都是在结构修正之前进行的。最近，Evans和Yadav等人分别报道了具有正确绝对构型的C1-C31和C1-C28片段的合成。到目前为止，由于AM3的结构复杂性和多种结构的修正，其全合成尚未实现。近期，日本九州大学TohruOishi课题组通过三组分偶联以高度汇聚性的方式完成了AM3的首次全合成，还进行了AM3类似物的合成和构效关系研究，该成果发表于J. Am. Chem. Soc.（DOI: 10.1021/jacs.9b11789）。AM3（1）的逆合成分析（Scheme 1）：1可以由末端烯烃2（C1-C29片段）和碘代烯烃3（C30-C52片段）通过Suzuki-Miyaura偶联（Kishi课题组曾成功将Suzuki-Miyaura偶联用于palytoxin的全合成中），然后与砜4（C53-C67片段）进行Julia-Kocienski烯化实现组装。其中，片段2可以由(R)-环氧丙醇经19步反应制备；片段3可以由丙酸乙酯经35步反应制备；片段4可以由4-丙炔-1-醇经5步反应制备。该策略面临的挑战是大片段2和3的连接，以及通过结构修饰包括全脱保护完成1的合成。
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（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
AM3（1）的组装（Scheme 2）：在标准反应条件下，末端烯烃2和碘代烯烃3经Suzuki-Miyaura偶联得到C1-C52片段5（conditions a，产率42%）。经过大量的实验优化（包括模型研究），作者发现Cs2CO3水溶液的浓度对该偶联反应很重要。因此，在最佳条件下，用1 M Cs2CO3水溶液进行偶联可以将收率提高至77%（conditions b）。随后，用DDQ脱除PMB，进行Swern氧化得到醛6。在THF/HMPA（4:1）混合溶剂中，以KHMDS为碱，将醛6与砜4进行Julia-Kocienski烯化得到偶联产物7（产率75%，E:Z=10:1）。最后，7全脱保护得到AM3（1），其光谱数据与天然产物的光谱数据一致。至此，作者实现了AM3的首次全合成并确定了其真实结构。此外，作者通过纸片扩散法评价了合成样品对黑曲霉菌（NBRCNo. 31012）的抗真菌活性，其MIC值与天然产物的MIC值相同（8 μg/disk）。
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（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
AM3 C21-C67片段的设计、合成和抗真菌活性研究：作者建立的AM3合成策略还可以用于各种类似物的合成，即通过Suzuki-Miyaura偶联和Julia-Kocienski烯化与其他多元醇和多烯片段连接（Scheme 3）。最近，天然产物的简化类似物的设计和合成已成为药物发现的趋势。例如，Kishi和Eisai课题组开发的抗癌药物eribulin源于天然产物halichondrin B的类似物。因此，作者期望在保留抗真菌活性的同时，开发出AM3的简化类似物如11（MW 955），其对应于AM3的C21-C67片段。
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（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
C21-C67类似物11的合成（Scheme 4）：作者将3与C21-C29片段8进行Suzuki-Miyaura偶联得到偶联产物9，脱除其PMB后，进行Swern氧化得到醛10。然后，将醛10与砜4进行Julia-Kocienski烯化得到偶联产物（产率69%, E:Z=10:1）。最后，偶联产物脱除保护基得到11。
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（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
最后，作者通过纸片扩散法评价了类似物11的抗真菌活性，其MIC值（20 μg/disk）与AM3的MIC值（8 μg/disk）相当，而AM3的C31-C67片段对应的类似物12（Figure 2a）未表现出抗真菌活性（>300 μg/disk）。通过对比1、11和12的分子结构（Figure 2a和2b）可知， C1-C20多元醇片段并非生物活性的必要部分，而C21-C30片段对生物活性必不可少。尽管AM3的作用方式尚未完全明确，但一般认为AM3的疏水性多烯尾部插入脂质双层膜中，并且AM3分子本身形成孔增加了膜的渗透性。据报道，脂质双层膜中的发夹构象对生物活性很重要，并且有两个假设模型：桶板模型和环状模型（Figure 2c）。Figure 2b所示，作者将AM3的发夹构象的CPK模型与POPC（脂质双层膜的组成部分）进行比较显示，AM3的分子长度与脂质双层膜的厚度匹配。此外，类似物11的分子长度与脂质双层膜的厚度不匹配，但表现出与AM3相当的抗真菌活性。从分子模型来看，类似物11难以在细胞膜上形成孔，表明11的作用模式是环状模型而非桶板模型。
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（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
结语：
Tohru Oishi课题组通过五步高度汇聚性的三组分偶联实现了AM3的首次全合成，并首次对其进行了完整的结构确证。本合成的最长线性步骤和全部合成步骤分别为40和112步，合成的关键步骤是通过Suzuki-Miyaura偶联实现C1-C29片段和C30-C52片段的偶联，然后通过Julia-Kocienski烯化引入C53-C67片段。此外，作者还根据最小结构要求的概念设计和合成了AM3的简化类似物，并表现出与AM3相当的抗真菌活性。
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