Sintesi totali: Discodermolide

Mi piacerebbe inagurare una serie, piccola, di sintesi totali di molecole naturali a scheletro molto complesso. So bene che forse per i più sono cose noiose, molto complesse e che non si capisce molto ma ci tenevo a far vedere che la sintesi organica non serve solo a giocare con la chimica ma anche ad esplorare la Natura, cercando di imparare da essa e a volte spingere l'uomo a copiare da essa. Non è facile né tantomeno istantaneo a volte cercare di replicare. Qui si tratta di sintesi che sono costate anche anni di sintesi, tentativi senza successo. Ma a mio parare è bello riuscire ad arrivare fino in fondo. Specie se poi tali molecole possono salvare vite umane, ed evitare che organismi viventi come noi vengano uccisi. Inutilmente. Perché spesso per 1mg di sostanza sono richiesti anche più di 100kg di piante, organismi marini, o animali.

Questa è una delle diverse sintesi totali di questa molecola. In particolare è stata fatta da Ian Paterson, Gordon J. Florence, Kai Gerlach, Jeremy P. Scott, e Natascha Sereinig (Contribution from the UniVersity Chemical Laboratory, Cambridge UniVersity, Lensfield Road, Cambridge CB2 1EW, UK) ed è stata pubblicata sul J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 9535-9544.

La discodermolide (1) è un unico polichetide isolato da Gunasekera e collaboratori all'Harbor Branch Oceanographic Institute nel 1990 dalla spugna che vive nelle profondità del Mar dei Caraibi Discodermia dissoluta^1,2. La sua struttura grossolana fu determinata tramite approfonditi studi spettroscopici e la sua stereochimica relativa fu assegnata tramite cristallografia a raggi X di cristallo singolo.

Strutturalmente, essa ha 13 centri stereogenici, un δ-lattone tetrasostituito (C1-C5), un doppio legame disostituito ed un doppio legame trisostituito (Z), un pendente recante una funzionalità carbammato (C19), ed uno (Z)-diene terminale (C21-C24).

Allo stato solido, la discodermolide adotta la conformazione a forma di U mostrata in Fig. 1, dove le due olefine (Z) interne nella catena laterale agiscono da bloccanti della conformazione tramite minimizzazione della tensione A(1,3) tra i loro rispettivi sostituenti assieme all'evitare interazioni syn-pentano, mentre il δ-lattone tetrasostituito preferisce una conformazione tipo-barca.

Il polichetide con uno scheletro carbonico a 24 membri della discodermolide

sembra essere costituito da otto unità propionato e quattro unità acetato.

È probabile che questo dodecachetide sia sintetizzato da un microorganismo simbiotico associato alla specie Discodermia dissoluta, che coinvolge una sintasi polichetidica modurale.

La discodermolide inizialmente fu riscontrato essere un potente agente immunosoppressore, sia in vivo che in vitro, oltre a mostrare un'attività antifungina³. Essa inibiva la proliferazione di cellule T con un IC₅₀ di 9 nM ed un problema di rigetto in sorci trapiantati.

Successivi screening biologici di questo composto rivelarono una citotossicità sorprendente, che causava un arresto del ciclo cellulare nella fase G2/M in una varietà di linee cellulari umane e di topi⁴.

La discodermolide fa parte del gruppo di agenti antimicotici mostrati in Fig. 2 ora noti per l'agire tramite stabilizzazione di microtubuli inclusi il Tassolo(2)^5a, gli epotiloni A e B (3, 4)^5b, l'eleuterobina (5)^5c e più recentemente, la laulimalide (6)^5d.

La discodermolide è stata riconosciuta come uno dei più potenti agenti di polimerizzazione di tubuline noti al giorno d'oggi. Nonostante non possieda apparenti simili strutturali, la discodermolide è stato riscontrato stabilizzare i microtubuli in modo più potente del Tassolo (2, paclitaxel) ed inibisce competitivamente il suo legarsi a polimeri tubulinici^4,6.

La crescita di cellule cancerose nelle ovarie e nel colon resistenti al Taxolo viene inibita dalla discodermolide con un IC₅₀ di < 2.5nM⁷ mentre la regolazione e il tipo di frammentazione del DNA indotto è consistente con l'induzione di apoptosi⁸.

In recenti studi comparativi della discodermolide, gli epotiloni e l'eleuterobina rispetto ad una linea cellulare del carcinoma umano ai polmoni Tassolo-dipendente (A549-T12)⁹, è stata trovato che la discodermolide era incapace di agire da sostituto del Tassolo, mentre gli epotiloni e l'eleuterobina erano in grado di mantenere la vitalità della linea cellulare. In modo significativo, la presenza di basse concentrazioni di Tassolo amplificava la citotossicità della discodermolide di 20 volte

rispetto a questa linea cellulare. Comunque, questo effetto sinergico in vitro non è stato osservato con combinazioni di epotiloni o

eleuterobina con il Tassolo.

Il profilo biologico più incoraggiante della discodermolide (1) la rende un promettente candidato per lo sviluppo clinico quale agente chemioterapico per i tumori alla mammella, alle ovaie, e al colon Tassolo-resistenti e per altri tumori resistenti a più farmaci.

Lo sviluppo clinico, tuttavia, è gravemente ostacolato dall'estramamente scarsa scorta di discodermolide (0.002% p/p spugna congelata) derivata dalla fonte naturale (una rara spugna che si trova in fondali profondi e che si trova solo nei Caraibi e che richiede l'uso di sommergibili con equipaggio per la sua raccolta).

Perciò, la sintesi totale al giorno d'oggi costituisce l'unica via percorribile per le quantità utili di questi nuovo polichetide citotossico. Di conseguenza, ci sono stati considerevoli sforzi sintetici nei confronti della discodermolide, che sono culminati in diverse sintesi totali¹⁰ e numerose sintesi di frammenti¹¹. Infatti, la configurazione assoluta della discodermolide fu stabilita da Schreiber e collaboratori tramite la loro sintesi iniziale sia della (+)- che della (-)-discodermolide^10a,b. Qui, sono riportati i dettagli completi dello svilluppo di una nuova sintesi totale, basata su aldoli^12a della (+)-discodermolide per fornire quantità utili di questo importante prodotto marino naturale, con sintesi migliorate di frammenti e coupling, ed alcuni nuovi analoghi strutturali^12b. Specialmente, la sintesi ottimizzata dagli autori implica una strategia davvero efficace di coupling dei frammenti, distinta da tutti gli approcci precedentemente riportati, che porta ad una resa totale del 10.3% (su 23 passaggi lineari) ed offre il potenziale per la produzione di quantità considerevoli di (+)-discodermolide, aiutando quindi a ridurre il problema delle scorte e permettendo il suo successivo sviluppo nella chemioterapia contro i tumori.

Piano di sintesi. All'inizi, fu progettata una strategia sintetica riveduta e corretta per superare i problemi associati alla precedente via sintetica degli autori^11a,h in cui si erano imbattuti durante il coupling dei frammenti e l'installazione dell'alchene (Z) trisostituito, che si era dimostrato una sfida sintetica. Obiettivi specifici furono la progettazione di una sintesi pratica che impiegava un alto livello di convergenza, che comportava una chimica efficiente e che poteva essere ridimensionata, che entrambe avessero il potenziale di portare a quantità (multigrammi) di discodermolide e che fosse riconducibile ad analoghi sintetici. La loro retrosintesi risultante della discodermolide (Schema 1) è basta su due disconnessioni chiave di tipo aldolico, tra C₆-C₇ e C₁₆-C₁₇, che riconducono al metil chetone C₁-C₆ 7, all'aril estere C₉-C₁₆ 8¹³ e all'aldeide dienica C₁₇-C₂₄ 9. Questi tre frammenti sono della stessa complessita stereochimica e di gruppo funzionale. Queste subunità possono essere viste come facilmente accessibili tramite reazioni anti-aldoliche mediate da boro di etil chetoni chirali (S)-10¹⁴, (S)-11¹⁵ e (S)-12¹⁶, che dovrebbe servire a costruire il motivo stereochimico richiesto in modo rapido ed efficiente¹⁷.

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Sintesi della subunità C₁-C₆, 7. L'etil chetone α-chirale (S)-10 richiesto per la sequenza è stato facilmente sintetizzato in tre passaggi (71% resa totale) dal metil (S)-2-metil-3-idrossipropionato, disponibile commercialmente, (S)-13^14a. L'enolizzazione di (S)-10 in condizioni standard, (c-Hex)₂BCl/Et₃N, ha portato alla generazione selettiva dell'enolato (E) di boro 14 (Schema 2), che ha subito l'addizione di acetaldeide tramite uno stato di transizione altamente ordinato tipo sedia (TS-1)¹⁴. Questo è stato seguito da una riduzione in situ dell'aldolato di boro intermedio 15 con LiBH₄, tramite trasferimenti di idruro assiale (TS-2), a dare, dopo workup ossidativo, l'1,3-syn diolo 16 (86%, >97% ds)^18,19. Quindi, l'iniziale addizione aldolica controllata da substrato è estesa per permettere l'assemblamento one-pot della specifica stereotriade che si trova nell'unità C₁-C₆. Il trattamento dell'1,3-syn diolo 16 con TBSOTf e 2,6-lutidina in CH₂Cl₂ ha fornito il bis-TBS etere 17 con una resa del 99%. La rimozione selettiva del meno stericamente ingombrato TBS eter al C₅ è stata quindi ottenuta usando una quantità catalitica di CSA in una miscela 1:2 MeOH/CH₂Cl₂ a 0 °C, portando all'alcole 18 con una resa dell'82%, assieme al diolo 16 ed al recuperato bis-TBS etere 17, che potrebbe essere riciclato di conseguenza. La successiva idrogenolisi del benzil etere 18 ha fornito il diolo 19 con una resa quantitativa. Il diolo è stato convertito con precisione nel richiesto frammento C₁-C₆ 7 in tre passaggi successivi. In generale, questa sequenza è stata portata a termine senza isolamento degli intermedi, fornendo il frammento C₁-C₆ 7 con un'eccellente resa (93%). La doppia ossidazione del 19 alla corrispondente cheto aldeide è stata possibile usand un protocollo di Swern modificato²⁰. L'ossidazione successiva²¹ con sodio clorito ha fornito l'acido carbossilico intermedio, che è stato esterificato direttamente con diazometano a dare 7. Questa sequenza è stata rapidamente condotta su una scala di più grammi a dare il frammento C₁-C₆ 7 con una resa totale del 46% dall'estere di partenza (S)-13. Sintesi della subunità C₉-C₁₆, 8. Uno degli aspetti più sinteticamente impegnativi della discodermolide è l'introduzione efficiente della (Z)-olefina trisostituita C₁₃-C₁₄. Le precedenti sintesi avevano adottato metodi convenzionali per la sua costruzione, cioè olefinazioni di Wittig, ma queste si erano spesso dimostrate inaffidabili, esibendo rese e selettività variabili^10c,g. Il loro frammento C₉-C₁₆ 8 richiedeva una funzionalità carbonile attaccata al C₁₆ per permettere il coupling del frammento basato sull'aldolica. L'elegante metodologia di espansione d'anello tipo Claisen, sviluppata in modo accurato da Holmes e collaboratori per la sintesi di lattoni di medie dimensioni, permette simultaneamente l'installazione di questa funzionalità e della (Z)-olefina trisostituita C₁₃-C₁₄²². La sintesi del frammento aril estere C₉-C₁₆ 8 iniziava dal chetone protetto con PMB (S)-11 (Schema 3)¹⁵. Questo era ottenuto in tre passaggi (77% resa totale, 0.2 mol scala) dal metil (S)-3-idrossi-2-metilpropionato, (S)-13, in condizioni simili a quelle descritte sopra per il chetone benzil protetto (S)-10. Nelle loro condizioni standard (c-Hex)₂BCl/Et₃N¹⁴, l'enolizzazione (E) del chetone (S)-11, e la reazione con la metacroleina ha portato, dopo workup ossidativo, all'antialdolo prodotto previsto 20 (95%, >97% ds)²³. La riduzione 1,3-anti controllata dal substrato del β-idrossi chetone è stata ottenuta nelle condizioni di Evans-Tischenko²⁴ con SmI₂ e propionaldeide, a dare l'1,3-diolo monoestere 21 (96%, >97% ds). La metanolisi (K₂CO₃, MeOH) fornisce quindi il previsto diolo 1,3-anti 22 (97%). Alternativamente, la riduzione del β-idrossi chetone 20 è stata condotta usando Me₄NBH(OAc)₃ in MeCN e AcOH a dare direttamente il diolo 1,3-anti 22 (94%, >97% ds). Mentre l'ultimo metodo accorcia la via sintetica, c'era un po' di meno riconducibile al rendimento materiale rispetto alla procedura in due passaggi. Seguendo il protocollo di Holmes^22e il fenilselenoacetale 23 era stato ottenuto tramite scambio di acetale del 2-fenilselenoacetaldeide dietilacetale col diolo 22 in condizioni acide. Questo fornisce il precursore di Claisen aspettato 23 come miscela diastereoisomerica irrilevante 2:1 al carbonio acetalico (94%). L'ossidazione della selenide 23 a selenossido è stata facilmente ottenuta con NaIO₄. Il prodotto grezzo è stato quindi direttamente sottoposto alle condizioni del riarrangiamento di Claisen forendo il desiderato lattone ad otto membri 24 con una resa dell'82%, assieme alla recuperata selenide 23 (18%), che può essere riciclata. La formazione esclusiva della (Z)-olefina trisostituita C₁₃-C₁₄ può essere attribuita alla preferita conformazione biciclica a sedia adottata dal chetene acetale 25, come mostrato nello Schema 3. Queste condizioni erano riconducibili alla produzione di quantità multigrammo del lattone ad otto membri 24. La conversione del lattone 24 ad aril estere 8 era ora richiesta (Schema 4). Inizialmente, è stata impiegata una sequenza di quattro passaggi, in base a cui la metanolosi del 24 e la protezione come TBS del risultante idrossi estere ha fornito il 26 (84%, 2 passaggi), e la saponificazione e l'esterificazione con 2,6-dimetilfenolo nelle condizioni di Steglich²⁵ ha fornito il frammento chiave 8 (78%, 2 passaggi). Successivamente, una più corta sequenza di tre passaggi è stata impiegata per ottenere il frammento chiave 8 con una resa totale dell'81%. Questa comportava la diretta apertura del lattone 24 ad idrossi acido intermedio ed esterificazione²⁵ con 2,6-dimetilfenolo a dare l'idrossi estere 27, seguita da protezione come TBS a dare 8. Riassumendo, la sintesi multigrammo ottimizzata del frammento C₉-C₁₆ 8 è stata completata in 10 passaggi con una resa totale del 43% dall'estere di partenza (S)-13. Sintesi della subunità C₁₇-C₂₄, 9. La sintesi del frammento C₁₇-C₂₄ 9 ha richiesto l'unione di due partner di coupling chirali per configurare la stereotriade (Schema 5). L'etil chetone (S)-12 è stato preparato in tre passaggi dall'etil (S)-lattato, disponibile commercialmente, con una resa del 65%, come precedentemente descritto^16a. L'enolizzazione del chetone (S)-12, usando (c-Hex)₂BCl/Me₂NEt, genera esclusivamente l'enolato (E) di boro 28. L'aggiunta dell'aldeide α-chirale 29 (preparata da (S)-13) fornisce, dopo workup ossidativo, il prodotto aspettato anti-aldolo 30 con eccellente resa e selettività (99%, >97% ds)^16,26. Condizioni ottimali richiedono un eccesso di 1.5-volte, fino a 2-volte, di aldeide 29 rispetto all'enolato. Dopo una considerevole sperimentazione, la protezione del gruppo β-idrossi è stata ottenuta usando p-metossibenzil-tricloroacetimidate ad elevata purezza ed acido triflico (0.3 mol %) a dare il chetone 31 con una resa del 93%²⁷. Con il chetone protetto a disposizione, la conversione all'1,2-diolo 32 era ora necessaria. Questa è stata ottenuta tramite uno dei due metodi: (i) riduzione con LiAlH₄ (85%) o (ii) riduzione del chetone (NaBH₄) seguita da idrolisi del benzoato (K₂CO₃, MeOH) (86%), dove l'ultima procedura fornisce un qualcosa in più per una sintesi multigrammo¹⁶. L'introduzione dell'unità (Z)-dienica terminale C₂₁-C₂₄ della discodermolide è stata ottenuta in modo davvero efficiente seguendo un precedente protocollo sviluppato dagli autori^11h. Questo ha richiesto prima, la rottuta ossidativa dell'1,2-diolo 32 con NaIO₄ a dare l'aldeide 33 (Schema 6). La reazione di Nozaki-Hiyama tra l'aldeide grezza 33 ed il reagente di allil cromo 34, generato in situ dall'1-bromo-1-trimetilsilil-2-propene 35 e cloruro di cromo(II) in THF²⁸ ha fornito (tramite TS-3) l'anti β-idrossi silano intermedio 36. Questi prodotti grezzi sono stati quindi direttamente sottoposti ad una syn eliminazione tipo Peterson²⁹ con KH in THF, a dare esclusivamente il desiderato diene (Z) 37 con rese eccellenti (98% dal 32). La deprotezione del TBS etere (CSA, MeOH/CH₂Cl₂) e l'ossidazione col Dess-Martin³⁰ dell'alcole intermedio hanno completato la sintesi dell'aldeide dienica C₁₇-C₂₄ 9 (84%, 2 passaggi). Riassumento, la sintesi ottimizzata del frammento chiave 9 dall'etil (S)-lattato è stata portata a termine in 10 passaggi con una resa totale del 42%, su una scala multigrammo.

Unione dei frammenti e Completamento della sintesi totale della (+)-discodermolide. Con le tre subunità chiave al proprio posto,

l'attenzione fu ora concentrata sull'unione stereocontrollata di questi componenti per contrinuare la loro sintesi. Dato che la loro strategia di coupling dei frammenti era totalmente differente da quella adottata da altri ricercatori, necessitavano di essere sviluppati efficienti protocolli basati sull'aldolica in questo caso impegnativo.

Gli autori si concentrarono sulla realizzazione della connessione di legame C₁₆-C₁₇. La reazione aldolica stereoselettiva, mediata da litio, del frammento C₉-C₁₆ 8 con l'aldeide C₁₇-C₂₄ 9 ci si aspettava fornisse il desiderato addotto anti-aldolico 38a con elevati livelli di selettività Felkin-Anh (Schema 7)^13d,31.

L'enolizzazione selettiva dell'arile estere di tipo Heathcock 8 è stata meglio ottenuta tramite impiego di LiTMP/LiBr³² a -100 °C (temperatura del bagno esterno) a dare l'enolato (E) di litio 39. L'aggiunta dell'aldeide 9 è avvenuta quindi tramite TS-4 preferenzialmente, che ha fornito dopo workup il desiderato prodotto aldolico 38a con una resa ottimizzata dell'81% con un ds>97%³³. In pratica, è stato impiegato un eccesso 2 volte superiore di enolato rispetto all'aldeide 9, dato che una parziale α-epimerizzazione della componente aldeidica veniva periodicamente osservata. La bassa temperatura di reazione (-100 °C) si rivelata un determinante chiave, dato che significanti livelli di α-eliminazione dell'enolato, che generava il 2,6-dimetilfenolato, erano stati osservati a temperature maggiori. Comunque, nessun altro prodotto aldolico fu osservato, il che suggerì che l'eliminazione avveniva solo dall'enolato e l'equilibrazione era stata impedita. Con l'addotto aldolico 38a in mano, la riduzione con LiAlH₄ dell'aril estere ha fornito l'1,3-diolo 40 con una resa dell'88%. Per rendere ancora più efficiente la sintesi, gli autori successivamente svilupparono una sequenza alternativa di reazione aldolica/riduzione. Ormai impiegando un eccesso di aldeide 9 (2 equiv) rispetto all'estere 8, il coupling del litio aldolato veniva fatto in un modo simile ma invece di operare come sopra a dare 38a, il litio aldolato intermedio 38b veniva trattao direttamente con LiAlH₄. Questa conveniente procedura one-pot forniva l'1,3-diolo 40 con una resa dopo isolamento del 62% (da 8) con diastereoselettività completa (cf. la resa totale del 71% per un processo two-pot), assieme all'alcole corrispondente al precursore del frammento 9 che era facilmente riciclabile. Con l'1,3-diolo 40 in mano, la deossigenazione controllata era ora richiesta per introdurre il gruppo metile in C₁₆.

La derivatizzazione regioselettiva dell'idrossile primario nel diolo 40 veniva ottenuta usando il 2,6-mesitilenesolfonil cloruro e Et₃N ottenendo il mono-solfonato 41 con una resa eccellente con completa selettività. La sequenza di deossigenazione era quindi completata tramite sostituzione di idruro del 41 con LiAlH₄ a dare l'alcole 42 con una resa del 97% ³⁴. L'OH in C₁₇ veniva prontamente protetto come TBS etere a dare 43 (99%). La successiva deprotezione di entrambi i PMB eteri al C₉ ed al C₁₉ con DDQ avvenivano quindi tranquillamente dando il diolo 44 (91%).

Nel tentativo di accorciare ulteriomente la via sintetica, fu investigata la fattibilità del coupling aldolico C₁₆-C₁₇ col lattone ad otto membri 24 (Schema 8).

Primo, il bias π-facciale dell'enolato di litio 45 derivato dal lattone 24 venne determinato tramite reazione con un'aldeide achirale. L'enolizzazione del lattone 24 usando LiTMP/LiBr³² a -100 °C ha generato l'enolato di litio 45 e l'aggiunta di isobutirraldeide ha dato il prodotto aldolico 46 con una resa del 60% con 80% ds. In queste medesime condizioni, la reazione aldolica mediata da litio del lattone 24 e dell'aldeide C₁₇-C₂₄ 9 ha portato a due addotti diastereomerici 47 (55%) e 48 (39%). Questo risultato non fu inaspettato, dato che il bias facciale dell'enolato ci si aspettava si opponesse all'influenza Felkin-Anh dell'aldeide 9 in questa situazione³⁵. Per dimostrare l'applicabilità di questo risultato nella loro sintesi, il prodotto aldolico 48, recante la corretta stereochimica C₁₆-C₁₇, fu convertito all'intermedio noto 43. In seguito alla riduzione con LiAlH₄, il triolo 49 fu convertito nel solfonato 50 con una resa del 73%. La deossigenazione con LiAlH₄ ha quindi fornito il diolo 51 (96%). Finalmente, la bis-TBS

protezione del 51 venne ottenuta usando TBSOTf e Et₃N a dare 43 con una resa dell'82%. Mentre rappresenta un risparmio di due passaggio rispetto alla aldolica/riduzione one-pot dell'aril estere 8, questa sequenza fornisce una resa totale inaccettabile d 43 (17% in 5

passaggi dal lattone 24). Sebbene questa porti alla fine alla realizzazione di una sintesi di 20 passaggi della (+)-discodermolide, la via sintetica più lunga fu ovviamente preferita, portando al 43 con una resa del 46% in 7 passaggi dal 24, e dimostrando adatta per una sintesi multigrammo.

A questo punto, le due distinte matrici stereochimiche trovate nella sezione C₇-C₂₄ della discodermolide furono complete ed era ora richiesta l'elaborazione del frammento C₉-C₂₄ 44 per ottenere l'aldeide C₇-C₂₄ richiesta 52 (Schema 9). L'introduzione della (Z) olefina C₈-C₉ ha richiesto l'ossidazione selettiva del frammento terminale C₉ e l'olefinazione (Z)-selettiva.

Impiegando una quantità catalitica di TEMPO (0.2 equiv, iodobenzene diacetato, CH₂Cl₂, 20 °C) come ossidante stericamente impedito³⁶, il diolo 44 fu converito in modo pulito nell'aldeide intermedia senza nessuna ossidazione rilevabile del gruppo idrossile impedito sul C₁₉. L'olefina (Z) è stata quindi introdotta selettivamente nelle condizioni più blande della reazione di HWE

(K₂CO₃, 18-corona-6) riportate da Still e Gennari³⁷ a dare il desiderato enoate (Z) 53, esclusivamente, con una resa dell'87% su due passaggi. L'aldeide C₇-C₂₄ 52 è stata completata nei successivi tre passaggi. La funzionalità carbammato in C₁₉ è stata installata seguendo una modificazione del protocollo di Kocovsky^10g,38.

La reazione dell'idrossi estere 53 con tricloroacetilisocianato,

seguita da metanolisis (K₂CO₃/MeOH), ha portato all'estere carbammico 54 con una resa del 98%. La riduzione chemoselettiva del 54 con DIBAL a -78 °C ha fornito quindi l'alcole allilico 55 con una resa del 92% su una scala di grammi. Infine, l'alcole 55 è stato ossidato in modo pulito all'aldeide C₇-C₂₄ 52 con una resa del 96%, usando il periodinano di Dess-Martin³⁰ in preparazione per il coupling aldolico finale, e molto più impegnativo, C₆-C₇.

Nel pianificare la loro sintesi della discodermolide, gli autori prevedevano di fare l'ultima fase di coupling aldolico C₆-C₇ tra l'enale (Z) 52, contenente l'intera sezione C₇-C₂₄ della discodermolide, con un derivato enolico di 7 opportuno (Schema 10).

Per evitare la condensazione competitiva di Claisen intramolecolare del metil chetone con l'estere in 7, fu essenziale identificare un enolato metallico con le appropriate caratteristiche di reattività/selettività, come avevamo anticipato nel caso dell'uso del corrispondente enolato di boro.

Comunque, la richiesta stereochimica per la costruzione del centro carbinolico (7S) tramite attacco della faccia si in questa complessa situazione di coupling aldolico costituisce una sfida particolarmente impegnativa.

Mentre studi estensivi degli enolati di boro strutturalmente correlati erano disponibili^17,39, il bias π-facciale di questi substrati chirali aldeidici poco comuni come 52 erano una quantità ignota. In seguito ad una dettagliata indagine stereochimica^12b,40, era evidente che il coupling aldolico C₆-C₇ mediato da boro del chetone 7 e della subunità C₇-C₂₄ 52 dovrebbe essere una situazione mal assortita. L'enolizzazione di 7 con (c-Hex)₂BCl/Et₃N ha portato all'enolato di boro 56 (L = c-Hex). La reazione di questo enolato preformato 56 con l'enale (Z)

52 ha dato, dopo work up ossidativo, l'addotto (7R) 57 (maggiore) con una resa del 71% con elevati livelli di una remota stereoinduzione 1,4 (88% ds) nel senso sbagliato per la discodermolide. Questo esito indesiderato può essere attribuito alla preferenziale addizione alla faccia re dell'enolato di boro 56 (L = c-Hex) all'aldeide γ-chirale. La selettività π-facciale può essere razionalizzata tramite il controllo sterico,

considerando la conformazione s-trans preferita che l'aldeide 52 adotta, dove la tensione A(1,3) è minimizzata (TS-5)⁴¹.

L'addizione dell'enolato di boro 56 (L = c-Hex) avverrà quindi favorevolmente dalla faccia re meno stericamente affollata dell'aldeide.

In modo soddisfacente, quando è stato impiegato per l'enolizzazione il (+)-Ipc₂BCl/Et₃N^39,42, la selettività dominante dell'aldeide 52 dovrebbe essere rovesciata in favore dell'attacco si-facciale, portando all'isolamento dell'addotto desiderato (7S) 58 con una resa del 74% (84% ds). In particolare,

questo rappresente il primo esempio di successo di questo reagente di boro chirale che rovescia la selettività intrinseca del substrato di un coupling aldolico complesso tra due componenti carbonilici chirali¹⁷. Il desiderato prodotto aldolico (7S) 58 fu rapidamente separato tramite cromatografia dal minore epimero (7R) 57.

Per ottenere una buona conversione totale della preziosa componente aldeidica, è stato meglio impiegate un eccesso 10 volte grande del chetone. Il chetone in eccesso 7 dovrebbe essere converitto con una resa del 90-95% senza alcuna degradazione. In questo modo, un'ottimale diastereoselezione e conversione dovrebbe essere realizzata in questa reazione aldolica impegnativa, male assortita.

In seguito all'unione riuscita di 7 e 52, lo scheletro carbonioso C₁-C₂₄ della (+)-discodermolide era ora al proprio posto.

Il completamente della sintesi richiedeva la riduzione diretta da substrato del chetone C₅ e la successiva deprotezione globale con concomitante δ-lattonizzazion (Schema 10).

La riduzione 1,3-anti del β-idrossi chetone 58 è stata ottenuta convenientemente nella condizioni di Evans-Saksena⁴³ usando Me₄NBH(OAc)₃ in MeCN e AcOH, a dare il 1,3-anti diolo 59 con una resa quantitativa, introducendo lo stereocentro finale al C₅ diastereoselettività >97%. La deprotezione finale e la δ-lattonizzazione sono state ottenute trattando il precursore protetto C₁-C₂₄ 59 con HF·py in THF per 16 h, o HCl 3N/MeOH per 4 giorni, a dare la (+)-discodermolide (1) con una resa dell'85% e dell'81%, rispettivamente.

La (+)-discodermolide sintetizzata dagli autori fu identificata in tutti gli aspetti tramite ¹H-NMR (CDCl₃), ¹³C-NMR (CDCl₃), IR, e TLC di un campione naturale. La rotazione specifica del loro prodotto alla linea D del sodio fu misurata essere di +13.0 (c 1.1, MeOH), in buon accordo con quello riportato per il materiale autentico +7.2 (c 0.7, MeOH)¹, mentre è stato un migliore matching rispetto a quello riportato da Schreiber: +14.0 (c 0.6, MeOH)^10a,b assieme a quello di altri gruppi di ricerca^10c,g. La loro discodermolide sintetica si è mostrata anche essere equipotente rispetto al materiale naturale in saggi di legame a tubulina condotti dalla Novartis Pharma AG^44a.

Riassumendo, una sintesi molto efficiente e pratica, stereocontrollata, della (+)-discodermolide (1) è stata completata con una resa totale del

10.3% in 23 passaggi (la più lunga sequenza lineare tramite il framment 8) dal metil (S)-3-idrossi-2-metilpropionato, (S)-13. Come riassunto nello Schema 11, questa via sintetica migliorata coinvolge la formazione di tre subunità 7, 8, e 9 e la loro efficiente unione, sfruttando reazioni aldoliche stereocontrollate. Fino al 2001, questa sintesi è stata usata per produrre quantità di grammi dell'intermedio avanzato C₇-C₂₄ 55, permettendo quindi l'esplorazione SAR di analoghi, inter alia con permutazioni nella sezione del δ-lattone.