Aproximació a la síntesi de la iriomoteolida-2a i avaluació in silico de la interacció amb actina. Intents d’un nou mètode de RCM amb formació de dobles enllaços trisubstituïts

Abstract

La present Tesi Doctoral descriu tots els esforços dedicats a la síntesi total de la iriomoteolida- 2a, un nou macròlid aïllat per Tsuda i col·laboradors a l’illa d’Iriomote (Japó) l’any 2015. Exhibeix una moderada citotoxicitat (encara que inicialment fou descrita d’ordre nM) contra els limfòcits B de cèl·lules DG-75 i l’adenocarcinoma de coll uterí humà de cèl·lules HeLa. La ressonància per plasmons superficial va evidenciar l’afinitat que presenta amb l’actina. L’assignació configuracional inicial va resultar incorrecta. L’any 2018, el grup de Fuwa va descriure la síntesi de diferents isòmers i va elucidar l’estructura real de la iriomoteolida-2a, que només diferia de la inicial en la configuració de tres centres estereogènics (9, 11 i 12). Per aquest motiu, diversos grups de recerca han publicat la síntesi dels fragments C6-C28 (Guo–Ye et al.) i C6- C18 (Dai et al.) segons la proposta estructural inicial. A més a més, es va observar que la iriomoteolida-2a sintètica presentava una menor citotoxicitat que la descrita per al producte natural, possiblement per contaminació amb altres agents o per errors humans de manipulació de la mostra natural. La nostra anàlisi retrosintètica desconnecta el macròlid per l’enllaç ester a través d’una reacció d’esterificació i el doble enllaç trisubstituït C17–C18 per una reacció de RCM tot obtenint els fragment occidental (C1–C17) i el fragment oriental (C18–C28). El fragment oriental es va sintetitzar a través d’una reacció aldòlica asimètrica (enllaç C23–C24) entre l’aldehid 1 (Fragment I: 36% de rendiment, 4 etapes partint del tert-butildimetilsilil (S)-(+)- glicidil èter) i de la cetona 2 (Fragment II: 79% de rendiment, 3 passos a partir de l’(E)-hex-3-è). El fragment occidental es va dividir en dos fragments. El fragment III (consistent en un sistema bis-THF generat, en un futur, per una reacció en cascada amb obertura d’un epòxid) es va desconnectar per l’enllaç C12–C13 (reacció de Julia–Kocienski) en l’aldehid 50 (19% de rendiment, 10 etapes a partir de l’àcid L-màlic) i en la sulfona 67 (sintetitzada en la seva versió racèmica i fins a l’epòxid 94 (26% de rendiment, 7 passos partint del 1,4-butandiol) en la seva versió estereoselectiva). El fragment IV prové de l’alcohol 65 (18% de rendiment, 5 etapes) a través d’una metilació asimètrica emprant les oxazolidinones quirals d’Evans. En el futur s’haurà de dur a terme la unió entre els diversos fragments per completar la síntesi total de la iriomoteolida-2a. Es van realitzar càlculs de docking molecular per avaluar l’afinitat de la iriomoteolida-2a amb l’actina (a l’espera de la síntesi total i de les proves biològiques in vitro i in vivo). Per evidències experimentals reportades a la literatura, el docking molecular es va centrar en l’entorn de la Tyr198. Els càlculs van predir un important apilament hidrofòbic en la cavitat Thr202-Gly197 i tota una sèrie d’enllaços hidrogen intramoleculars per evitar l’exposició dels grups polars de la molècula (a banda dels intermoleculars amb els aminoàcids Thr202 i Arg177). Finalment, es va intentar desenvolupar un nou mètode de macrociclació aplicable a (ω–1)- diazo-1-alquens com a alternativa de la reacció de RCM estàndard en les etapes finals de síntesis totals (particularment, en la síntesi del nostre macròlid). Primer de tot, es va realitzar un estudi sistemàtic de la reacció de RCM per a la generació de dobles enllaços trisubstituïts. Les condicions de reacció optimitzades per a la formació del monòmer cíclic (com a mescla dels seus estereoisòmers) van ser l’ús de H–G-II en toluè amb TM

de 4 Å triturat a 100 ºC i G-II a reflux de CH2Cl2. Totes les evidències experimentals semblaven indicar que la reacció comença amb la formació de l’espècie Ru-alquilidè (a partir d’un dímer obert amb un doble enllaç disubstituït) que evoluciona irreversiblement cap a una mescla de monòmer i dímer cíclics. Els resultats dels càlculs DFT van concordar amb la distribució d’isòmers experimental. D’altra banda, els problemes associats amb l’estabilitat dels nous complexos de Ru preparats i la generació de diazocompostos no estabilitzats junt amb la necessitat d’emprar un excés de diazocompost (degut a la formació de fosfazina amb una molècula de PR3 lliure, en dissoldre el complex de Ru) van fer inviable continuar per ara amb el desenvolupament d’aquesta nova metodologia.

The present Doctoral Thesis describes our efforts towards the total synthesis of Iriomoteolide- 2a, a novel macrolide isolated by Tsuda and co-workers in 2015 from the Iriomote island (Japan). It exhibits a moderate cytotoxicity against human B lymphocyte DG-75 cells and human cervix adenocarcinoma HeLa cells. Investigations using surface plasmon resonance revealed to have an affinity for actin. An incorrect configurational assignation was performed by these authors in the initial structural characterisation. In 2018, Fuwa’s group synthetised different analogues to elucidate the natural (correct) stereochemistry of iriomoteolide-2a, which differed in the absolute configuration of three stereogenic centres (9, 11 and 12). For this reason, different research groups have reported the synthesis of fragments C6-C28 (Guo–Ye and co-workers) and C6-C18 (Dai and co-workers) based on the initial and incorrectly proposed structure. Furthermore, it was observed that the synthetic Iriomoteolide-2a exhibited a cytotoxicity lower than the natural macrolide, due probably to contamination with other agents or human manipulation mistakes. Our retrosynthetic analysis disconnected the macrolide from the ester bond through an esterification reaction and from the trisubstituted double bond C17–C18 by RCM reaction, to obtain the Western Fragment (C1–C17) and the Eastern Fragment (C18–C28). The Easter Fragment was synthetised by an asymmetric aldol reaction (C23–C24 bond) between aldehyde 1) and ketone 2. The Western Fragment was divided into Fragments III and Fragment IV. Fragment III was disconnected through the C12–C13 bond (Julia–Kocienski reaction) to aldehyde 50 and sulfone 67. Fragment IV comes from the alcohol 65 from an asymmetric alkylation using a chiral Evans’ oxazolidinone. Molecular docking calculations were performed to evaluate the affinity of Iriomoteolide-2a for actin. This calculation predicted an important hydrophobic stacking in the Thr202-Gly197 cavity and a whole series of intramolecular hydrogen bonds to avoid the exposure of polar groups (aside from the intermolecular ones with Thr202 and Arg177). Finally, a new method of macrocyclization of (ω–1)-diazo-1-alkenes that could be applied as an alternative of the standard RCM in the final steps of total syntheses was attempted. First of all, a systematic study of the RCM reaction for the generation of trisubstituted double bonds was performed. The optimised reaction conditions for the formation of cyclic monomer were the use of H–G-II in toluene with crushed 4 Å MS at 100 ºC and G-II in refluxing DCM. All experimental evidences indicated that the reaction starts with the formation of an alkylidene– ruthenium species that irreversibly evolves to a mixture of cyclic monomer and dimer. The results of DFT calculations are in agreement with the experimental isomer distribution. Problems of stability of the newly prepared Ru complexes and of generation of non-stabilized diazocompounds and the need of use an excess of diazoderivative forced us to stop, at present, the development of this new methodology.