Total Synthesis of Resiniferatoxin Enabled by ... - ACS Publications

Oct 17, 2017 - This first radical reaction formed the hindered C9,10-linkage between the A and C-rings and extended the C4-chain on the A-ring in a st...
1 downloads 7 Views 998KB Size
Subscriber access provided by University of Florida | Smathers Libraries

Article

Total Synthesis of Resiniferatoxin Enabled by RadicalMediated Three-Component Coupling and 7-endo Cyclization Satoshi Hashimoto, Shun-ichiro Katoh, Takehiro Kato, Daisuke Urabe, and Masayuki Inoue J. Am. Chem. Soc., Just Accepted Manuscript • DOI: 10.1021/jacs.7b10177 • Publication Date (Web): 17 Oct 2017 Downloaded from http://pubs.acs.org on October 18, 2017

Just Accepted “Just Accepted” manuscripts have been peer-reviewed and accepted for publication. They are posted online prior to technical editing, formatting for publication and author proofing. The American Chemical Society provides “Just Accepted” as a free service to the research community to expedite the dissemination of scientific material as soon as possible after acceptance. “Just Accepted” manuscripts appear in full in PDF format accompanied by an HTML abstract. “Just Accepted” manuscripts have been fully peer reviewed, but should not be considered the official version of record. They are accessible to all readers and citable by the Digital Object Identifier (DOI®). “Just Accepted” is an optional service offered to authors. Therefore, the “Just Accepted” Web site may not include all articles that will be published in the journal. After a manuscript is technically edited and formatted, it will be removed from the “Just Accepted” Web site and published as an ASAP article. Note that technical editing may introduce minor changes to the manuscript text and/or graphics which could affect content, and all legal disclaimers and ethical guidelines that apply to the journal pertain. ACS cannot be held responsible for errors or consequences arising from the use of information contained in these “Just Accepted” manuscripts.

Journal of the American Chemical Society is published by the American Chemical Society. 1155 Sixteenth Street N.W., Washington, DC 20036 Published by American Chemical Society. Copyright © American Chemical Society. However, no copyright claim is made to original U.S. Government works, or works produced by employees of any Commonwealth realm Crown government in the course of their duties.

Page 1 of 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Journal of the American Chemical Society

Total Synthesis of Resiniferatoxin Enabled by Radical‐Mediated  Three‐Component Coupling and 7‐endo Cyclization   Satoshi Hashimoto, Shun‐ichiro Katoh, Takehiro Kato, Daisuke Urabe,† and Masayuki Inoue*  Graduate School of Pharmaceutical Sciences, The University of Tokyo, Hongo, Bunkyo‐ku, Tokyo 113‐0033, Japan    ABSTRACT:  Resiniferatoxin (1) belongs to  a daphnane diterpenoid  family, and  has  strong agonistic  effects  on  TRPV1,  a  transducer of noxious temperature and chemical stimuli.  The densely oxygenated trans‐fused 5/7/6‐tricarbocycle (ABC‐ ring) of 1 presents a daunting challenge for chemical synthesis.  Here we report the development of a novel radical‐based  strategy for assembling 1 from three components: A‐ring 9, allyl stannane 18b, and C‐ring 17b.  The 6‐membered 17b, pre‐ pared from D‐ribose derivative 19, was designed to possess the caged orthoester structure with ‐alkoxy selenide as a rad‐ ical precursor.  Upon treatment of 17b with 18b, 9, and V‐40, the potently reactive ‐alkoxy bridgehead radical was gener‐ ated from 17b, and then sequentially coupled with 9 and 18b to yield 16b.   This first radical reaction formed the hindered  C9,10‐linkage  between  the  A  and  C‐rings,  and  extended  the  C4‐chain  on  the  A‐ring  in  a  stereoselective  fashion.    After  derivatization  of  16b  into  15,  the  remaining  7‐membered  B‐ring  was  cyclized  in  the  presence  of  n‐Bu3SnH  and  V‐40  by  utilizing the xanthate on the C‐ring as the radical precursor and the allylic dithiocarbonate as the terminator.  The second  radical reaction thus enabled not only the 7‐endo cyclization, but also construction of the C8‐stereocenter and the C6‐exo  olefin.  Tricycle 14 was elaborated into the targeted 1 by a series of highly optimized chemoselective reactions.  The pre‐ sent total synthesis of 1 demonstrates the advantages of radical reactions for linking hindered bonds within carbocycles  without damaging preexisting functionalities, thereby offering a new strategic design for multi‐step target‐oriented syn‐ thesis.   

INTRODUCTION  Euphorbiaceae is a large family of higher plants distrib‐ uted in tropical and temperate regions.  These plants con‐ tain numerous bioactive natural products  used tradition‐ ally as medicines for the treatment of edema, gonorrhea,  migraine, and warts.1  To date, over 650 diterpenoids iso‐ lated  from  the  plant  family  have  been  shown  to  possess  various  medically  important  properties  (e.g.,  antitumor,  cytotoxic,  anti‐viral,  anti‐inflammatory  activities).    These  diterpenoids  are  classified  into  more  than  20  sub‐ categories according to their skeletal types.    In 1975, Hecker et al. isolated resiniferatoxin (1, Figure 1)  as an irritant component from the latex of Euphorbia res‐ inifera.2  The structure elucidation in 1982 revealed that 1  belongs to a  daphnane diterpenoid family.3  Compound 1  was  shown  to  exhibit  its  biological  activity  by  potently  activating  transient  receptor  potential  vanilloid  1  (TRPV1).4  TRPV1 is an ion channel protein in the plasma  membrane  of  sensory  neurons  that  transduces  multiple  painful  stimuli,  including  noxious  heat,  extracellular  pH,  and chemicals such as capsaicin from hot chili peppers.5,6   TRPV1  recently  attracted  a  great  deal  of  attention  as  a  potential  therapeutic  target  for  treating  chronic  inflam‐ matory,  neuropathic,  and  cancer  pains.    Since  1  has  ex‐ ceedingly  strong  analgesic  properties  through  the  desen‐ sitization  of  nociceptive  neurons,  it  holds  great  promise  for alleviating multiple modalities of pain.7,8 

  Figure 1. Structures of Resiniferatoxin (1) and Related  Diterpenoids. 

As exemplified by 1, genkwanine D,9 and daphnetoxin,10  the  daphnane  diterpenoids  are  characterized  by  a  trans‐ fused  5/7/6‐tricarbocycle  (ABC‐ring),  a  C9,13,14‐ orthoester  motif,  and  a  C13‐isopropenyl  group  on  the  C‐ ring.    While  these  three  natural  products  differ  in  their  oxidation  and  unsaturation  levels  at  the  AB‐ring,  they  share  the  C‐ring  moiety  except  for  the  attached  ortho‐ esters.    On  the  other  hand,  phorbol11 and  crotophorbo‐

ACS Paragon Plus Environment

Journal of the American Chemical Society

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

lone12 are a tigliane diterpenoid and its derivative, respec‐ tively, and possess the same AB‐ring substructure as 1, but  differently  substituted  C‐rings.    The  distinct  functional  group  patterns  on  the  common  tricyclic  framework  im‐ part  diverse  biological  functions  to  these  diterpenoids.   For example, genkwanine D, daphnetoxin, and the acylat‐ ed  phorbol  display  cytotoxic,  anti‐HIV,  and  tumor‐ promoting activities, respectively.      Daphnanes, tiglianes and their derivatives together have  attracted  a  great  deal  of  attention  from  the  synthetic  community  due  to  their  significant  biological  activities  and  architecturally  complex  structures. 13 , 14    The  most  sought‐after  target  among  them  to  date  is  phorbol.    In  1989,  the  Wender  group  accomplished  a  racemic  total  synthesis of phorbol,15 followed by the asymmetric version  in 1997.16  Cha’s group disclosed their own solution to this  problem  in  2001,17 and  Baran’s  group  described  the  ele‐ gant  biosynthesis‐inspired  total  synthesis  in  2016.18   In  2015,  our  group  achieved  a  chemical  synthesis  of  croto‐ phorbolone,  a  derivative  of  phorbol,  by  a  radical  cycliza‐ tion.19  Despite many attempts over 40 years from the iso‐ lation, the sole successful synthesis of daphnanes is the de  novo  construction  of  1  by  Wender  and  co‐workers  in  1997.20   Scheme 1. Wender’s Total Synthesis of Resiniferatox‐ in (1). 

  Wender  ingeniously  synthesized  1  via  intramolecular  1,3‐dipolar cycloaddition and zirconium‐mediated cycliza‐ tion  to  assemble  the  tricyclic  ring  system  (Scheme  1).   After  preparation  of  3  from  penta‐1,4‐dien‐3‐ol  (2),  ox‐ idopyrylium ion 4, generated by treating 3 with DBU, re‐ acted with the terminal olefin to simultaneously form the  B‐  and  C‐rings  of  5.    Elongation  of  the  carbon  chains  at  the C4,10‐positions from 5 gave rise to 6, which was treat‐ ed with Cp2ZrBu2 to produce the crucial tricycle  7.  Then,  subsequent  functional  group  transformations  from  7  re‐ sulted in the total synthesis of 1 (44 total steps from 2).    Radical‐based carbon‐carbon (C‐C) bond formation is in  principle an ideal reaction for the total synthesis of dense‐ ly  oxygenated  natural  products,  because  it  exhibits  high  efficiency  under  neutral  conditions  without  affecting  po‐ lar  functional  groups.21,22   Our  continued  interest  in  de‐

Page 2 of 12

veloping radical coupling strategies motivated us to inte‐ grate  powerful  radical  reactions  for  the  synthesis  of  1.23   We envisaged that achieving such a radical‐based assem‐ bly of this extremely complex diterpenoid would lead to a  true  methodological  innovation  in  the  field  of  synthetic  organic chemistry.  Herein, we detail the development of  a  novel  route  to  resiniferatoxin  (1).    The  complex  5/7/6‐ tricyclic  structure  of  1  was  efficiently  built  by  inter‐  and  intramolecular radical reactions: a three‐component cou‐ pling  reaction  between  A‐,  C‐rings  and  a  side‐chain,  and  following  7‐endo  B‐ring  cyclization.24   The  new  strategy  and  tactics  developed  here  will  have  further  applications  to  total  syntheses  of  numerous  daphnane  and  tigliane  diterpenoids with identical ring substructures.    RESULTS AND DISCUSSION  Synthetic Plan for Resiniferatoxin.   The  intricate  tricyclic  structure  of  1  possesses  three  double bonds (C1,6,15), and seven contiguous stereogenic  centers, including three tetrasubstituted carbons (C4,9,13)  (Scheme  2B).    The  5‐membered  A‐  and  6‐membered  C‐ rings  are  linked  directly  at  C9  and  C10,  and  indirectly  at  C4 and C8 through the four‐carbon spacer (C5‐7,20), and  these two‐rings and spacer together constitute the seven‐ membered  B‐ring.    We  planned  to  employ  radical‐based  methodologies  to  form  all  three  ring‐connecting  bonds  (C4‐5, C7‐8, and C9‐10) highlighted in color in Scheme 2.   To simplify the overall synthetic scheme, we were particu‐ larly  interested  in  utilizing  the  three‐component  radical  coupling  reaction  to  realize  single‐step  formation  of  the  C4‐5  and  C9‐10  bonds.    Such  radical  multi‐component  couplings, however, have been underexplored in compari‐ son to their ionic counterparts.25   The  feasibility  of  the  idea  was  validated  by  our  recent  model  study  (Scheme  2A). 26    Specifically,  2,4,10‐ trioxadamantane  orthoester  8,  cyclopentenone  9,  and  allyl stannane 1027 underwent coupling by the intermedia‐ cy of 11 and 12, producing 13 with the new C4‐5 and C9‐10  linkages.  ‐Alkoxy bridgehead radical 11, generated from  ‐alkoxy selenide 8, was tied back by the cage structure.28   Consequently,  the  radical  center  was  more  exposed  and  thus  more  reactive,  and  the  O‐substituted  stereocenter  was fixed.   These features permitted the reaction to pro‐ ceed  with  stereospecific  bond  formation  at  the  sterically  hindered C9‐postion of 13.29      We decided to implement this powerful methodology in  our synthetic scheme  for resiniferatoxin (1) (Scheme 2B).   Accordingly, 1 was retrosynthetically disassembled into ‐ alkoxy  selenide  (C‐ring)  17b,  cyclopentenone  (A‐ring)  9,  and  branched  allyl  stannane  18b.    The  three‐component  reaction  of  these  fragments  would  be  significantly  more  challenging  than  the  model  reaction,  because  the  C9‐ radical‐generating  position  is  shielded  by  the  proximal  C8‐  and  C11‐substituents,  and  the  cyclohexane  ring  is  locked into the twist‐boat conformation by the orthoester  at  the  C9,13,14‐OHs.    Nevertheless,  the  single‐step  reac‐ tion  would  rapidly  build  up  structurally  complex  inter‐ mediate  16b,  which  would  be  easily  derivatized  into  15, 

ACS Paragon Plus Environment

Page 3 of 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Journal of the American Chemical Society

the substrate for the second radical reaction.  Radical C7‐ 8  bond  formation  from  15  was  expected  to  cyclize  the  B‐ ring with the C6‐exo olefin.  The functional groups would  then  be  adjusted  and  attached  to  transform  14  into  the  target  1.    The  pivotal  intermediate  17b  of  this  radical‐ based  strategy  was  planned  to  be  synthesized  from  D‐ ribose derivative 19.    Scheme  2.  (A)  Model  Study  of the Three‐Component  Radical  Coupling  Reaction.  (B)  Synthetic  Plan  for  Resiniferatoxin (1). 

cleavage of the resultant 1,2‐diol of 20 generated hemiace‐ tal  21,  which  was  sequentially  subjected  to  n‐BuLi  and  isopropenyl  magnesium  bromide  to  afford  22  in  a  C9‐ stereoselective manner.  Diene 22 was in turn treated with  the  Hoveyda‐Grubbs  second  generation  catalyst30,31 (A,  2  mol%)  at  80 C  in  (CH2Cl)2,  leading  to  6‐membered  ring  23.    In  this  ring‐closing  metathesis  reaction,  1,4‐ benzoquinone  effectively  impeded  the  olefin  isomeriza‐ tion  of  22.32   The  stereostructure  of  product  23  was  con‐ firmed by X‐ray crystallographic analysis.    Next, the C9,11,13‐stereocenters were installed by taking  advantage  of  the  convex/concave  bias  forged  by  the  ace‐ tonide‐protected  cis‐fused  ring  systems.    Interestingly,  Pd/C and H2 isomerized the allylic C9‐alcohol of 23 to the  C9‐ketone  of  24  via  protonation  of  the  C9‐enol  interme‐ diate  from  the  convex  face.33   The  reaction  thus  set  the  correct  C11‐configuration,  and  differentiated  the  C9‐  and  C13‐oxidation  levels.    The  NOESY  correlations  of  H8‐H11  and H11‐H13 corroborated the C8,11,13‐equatorially orient‐ ed  chair  conformation  of  24.    Then,  the  lithiated  ethyl  vinyl  ether  equatorially  attacked  the‐face  of  C9‐ketone  24,  stereoselectively  furnishing  the  carbon‐extended  25.   After oxidation of the secondary C13‐hydroxy group of 25  to  the  C13‐ketone  of  26  by  TPAP  catalysis,34 isopropenyl  lithium was added from the ‐face to produce 27 with the  requisite  C13‐stereocenter.    Hence,  construction  of  the  four stereogenic centers  corresponding to  the  C‐ring of 1  was completed at this stage.   

  Stereoselective Synthesis of the C‐Ring.  We  prepared  the  three  radical  donors  38,  17a,  and  17b  from starting material 19  to illuminate the structural fac‐ tors  for  an  efficient  three‐component  coupling  reaction  (Scheme  3).    First,  6‐membered  ring  23  was  constructed  from  the  commercially  available  D‐ribose  derivative  19.   Compound 19 was treated with n‐BuLi to deprotonate the  acidic  protons,  and  then  with  vinyl  magnesium  bromide  to provide triol 20 as a single C13‐stereoisomer.  Oxidative 

The  unusual  orthoester‐attached  ‐alkoxy  selenide  structure of 36 was prepared from 27.  The acidic hydroly‐ sis  of  the  acetonide  and  the  enol  ether  transformed  diol  27 to tetraol 28 with the methyl ketone at the C9‐position.   Benzoylation  of  the  secondary  C8‐hydroxy  group  of  28  occurred  site‐selectively  over  the  C14‐hydroxy  group  by  reflecting  its  subtle  steric  differences,  leading  to  mono‐ benzoylated 29.  The remaining three free hydroxy groups  of 29 were  simultaneously  capped  using  trimethyl  ortho‐ acetate  in  acidic  media  to  generate  the  caged  ortho  ace‐ tate 30.  The C9‐methyl ketone of 30 was in turn convert‐ ed  to  the  phenyl  selenide  of  36  with  the  following  four  steps.    Treatment  of  30  with  TMSOTf  and  Et3N  afforded  TMS‐enol ether 31.  The electron‐rich C9’‐olefin of 31 was  oxidized  with  m‐CPBA  chemoselectively  over  the  C15‐ olefin  to  provide  ‐hydroxy  ketone  32,  which  was  oxida‐ tively  cleaved  with  Pb(OAc)4  in  one  pot  to  furnish  car‐ boxylic  acid 33.    Mesyl ester  34 was formed from  33 with  MsCl  and  Et3N,35 and  then  transformed  into  Barton  ester  35 using 2‐mercaptopyridine N‐oxide sodium salt (B) and  DMAP.36   Upon  photo‐irradiation  of  unstable  35  without  isolation, the C9‐bridgehead radical was generated, and in  situ‐captured  by  (SePh)2, resulting  in the  construction of  ‐alkoxy selenide 36.37   

ACS Paragon Plus Environment

Journal of the American Chemical Society

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Page 4 of 12

Scheme 3.a Stereoselective Synthesis of the C‐Ring. 

  aReagents and conditions: (a) n‐BuLi, vinylmagnesium bromide, THF, 80%; (b) NaIO , THF, H O, 0 C; (c) n‐BuLi, isopropenyl‐ 4 2

magnesium bromide, THF, 77% (2 steps); (d) A (2 mol%), 1,4‐benzoquinone, (CH2Cl)2, 80 C, 81%; (e) H2, Pd/C, EtOAc, hexane,  0  C,  71%;  (f)  t‐BuLi,  ethyl  vinyl  ether,  THF,  0  C,  91%;  (g)  TPAP,  4‐methylmorpholine  N‐oxide,  CH2Cl2,  MS4A;  (h)  t‐BuLi,  2‐ bromopropene, TMEDA, THF, 54% (2 steps) (recovered 26: 24%); (i) Dowex 50W, THF, H2O, 90 C; (j) BzCl, pyridine, CH2Cl2, 0  C, 83% (2 steps); (k) MeC(OMe)3, (+)‐CSA, benzene, 85%; (l) TMSOTf, Et3N, CH2Cl2, 87%; (m) m‐CPBA, CH2Cl2, 0 C; TBAF, 0  C; Pb(OAc)4, K2CO3, toluene; (n) MsCl, Et3N, CH2Cl2, 0 C; (o) B, DMAP, toluene; h, (SePh)2 31% (3 steps); (p) K2CO3, MeOH, 0  C,  87%;  (q)  Ac2O,  DMAP,  pyridine,  CH2Cl2,  87%;  (r)  DMSO,  Ac2O,  35  C;  (s)  NaBH4,  CeCl37H2O,  MeOH,  ‐78  C;  (t)  Ac2O,  DMAP, pyridine, CH2Cl2, 84% (3 steps); (u) TMSOTf, 2,6‐lutidine, CH2Cl2, 0 C, 88% (3 steps). 

The  thus‐obtained  36  was  utilized  as  the  intermediate  for synthesis of the three radical donors 38,  17a, and 17b,  which  differ  only  at  the  C8‐positions  (‐OAc  for  38,  ‐ OAc for 17a, and ‐OTMS for 17b).  Basic methanolysis of  36  afforded  ‐alcohol  37,  which  was  acetylated  to  obtain  38.  On the other hand, the C8‐stereocenter of 37 was in‐ verted  through  oxidation  with  DMSO  and  Ac2O 38  and  reduction of  39  with  NaBH4  and  CeCl37H2O,39 leading to  ‐alcohol  40.  Secondary alcohol 40 was protected as the  acetate and TMS ether under standard conditions to pro‐ vide 17a and 17b, respectively.  Overall, 38 and 17a/b were  synthesized from 19, in 17 and 19 steps, respectively.      Optimization of Three‐Component Radical Coupling  Reactions.   To attain an efficient three‐component radical coupling  reaction,  we  separately  screened  the  components  (Scheme 4), and thus employed the three C‐rings (38, 17a,  and 17b), the one A‐ring (9),40 and the two branched allyl  stannane (18a and 18b).41   As shown below, the combina‐ tion  of  17b,  9,  and  18b  delivered  the  coupling  adduct  in  the highest yield.   

When 38 was heated to 130 °C with 9 (5 equiv) and 18a  (5  equiv)  in  the  presence  of  V‐40  (0.5  equiv)  in  chloro‐ benzene,  a  sequential  radical  reaction  underwent  to  give  adduct 43.  The obtained inseparable mixture of 43 and 9  was  treated  with  K2CO3  in  MeOH  to  produce  pure  44,  albeit  in  only  9%  yield  from  38.    Although  this  basic  treatment  comprised  the  multiple  reactions  (elimination  of  the  C1‐siloxy  group,  detachment  of  the  C8O‐acetyl  group,  and  oxy‐Michael  addition  of  the  C8‐OH  to  the  enone),  the  low  isolated  yield  of  44  clearly  reflected  the  low  efficiency  of  the  coupling  of  38.    We  postulated  that  the steric shielding effect of the equatorially disposed C8‐ acetoxy  group  lowered  the  reactivity  of  C9‐bridgehead  radical 41.  In fact, the C8‐epimeric 17a with the axial C8‐ acetoxy group was determined to be a better radical pre‐ cursor.  After submitting 17a, 9, and 18a to the radical and  basic conditions, enone 47 was obtained in 27% yield.  No  concomitant  oxy‐Michael  addition  from  47  was  likely  to  originate  from  the  different  spatial  relationship  between  C1 and C8‐OH.  To increase the trapping rate of the radi‐ cal,  tri‐n‐butyl  allyl  stannane  18a  was  switched  to  tri‐ phenyl counterpart 18b.  The modification indeed result‐ ed in the higher yielding generation of 47 (33%) after the  two sequential reactions (17a→16a→47).    

ACS Paragon Plus Environment

Page 5 of 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Journal of the American Chemical Society

Scheme 4. Optimization of Three‐Component Radical Coupling Reactions. 

  Figure 2. (A) The NMR Data of 16b.  (B) The DFT‐ Optimized Structure of 16b (The TBDPS group was re‐ placed with the Me group. M06‐2x/6‐31g(d), 298 K, 1 atm).  

Most importantly, changing the protective group of the  C8‐OH  from  Ac  (17a)  to  TMS  (17b)  doubled  the  yield  of  the coupling adduct.  Namely, treatment of 17b with 9 (5  equiv), 18b (5 equiv), and V‐40 (0.4 equiv) at 130 °C deliv‐ ered 16b in 52% yield as a single isomer after purification.   This  dramatic  improvement  was  likely  due  to  the  poten‐ tial  disadvantage  of  the  acetyl  group  of  45a  compared  with the silyl group of 45b.  Neighboring group participa‐ tion  of  the  acetyl  C=O  double  bond  of  45a  to  the  C9‐ radical  center  would  lead  to  undesired  pathways,  thus  decreasing  the  overall  efficiency.42   The  structure  of  16b  was determined by detailed NMR experiments (Figure 2A).   The coupling constants of H1‐H10 (J = 2.9 Hz) and H4‐H10  (J  =  3.7  Hz)  indicated  pseudo  axial  orientations  of  the  C1,4,10‐substituents,  and  the  NOE  correlations  of  H1‐H11,  H4‐H8, and H5‐H10 prove the trans‐relationships of these  three groups.  The DFT‐optimized structure of 16b at the  M06‐2x/6‐31g(d)  level  of  theory  (298  K,  1  atm)43 further  supports the unique three‐dimensional (3D) shape of 16b  (Figure 2B). 

  branched  allyl  chain,  and  introduction  of  the  C4,10‐ stereocenters  with  stereochemical  retention  of  the  bridgehead  tetrasubstituted  C9‐carbon  (Scheme  4).    The  chemo‐  and  stereoselective  two  C‐C  bond  formations  would be controlled by the intrinsic characters of the rad‐ ical  species,  and  the  3D‐structures  of  the  reactants.    The  nucleophilic  ‐alkoxy  bridgehead  radical  45b  generated  via homolytic cleavage of the C‐Se bond of 17b first reacts  with  the  electron‐deficient  olefin  of  9  from  the  opposite  face of the bulky TBSO‐group to set the C10‐stereocenter  of  46b.    Then,  electrophilic  radical  46b  adds  to  the  elec‐ tron‐rich  olefin  of  18b  in  a  trans‐manner  to  the  large  C‐ ring to introduce the C4‐stereocenter of 16b.       Construction  of  the  Tricyclic  Framework  by  Radical  7‐endo Cyclization.  Therefore, a radical three‐component coupling reaction  of  9,  17b,  and  18b  intermolecularly  linked  the  two  hin‐ dered ring‐connecting bonds of 16b (C9‐10 and C4‐5), and  markedly  increased  the  complexity  of  the  structure  in  a  single step (Scheme 5).  We envisaged that the remaining  ring‐connecting  C7‐8  bond  would  be  constructed  by  an  intramolecular radical reaction.  Prior to this second radi‐ cal reaction, the A‐ring was functionalized.    NaN(TMS)2‐induced  elimination  of  the  C1‐siloxy  group  transformed  16b  to  enone  48,  which  was  treated  with  TBSOTf and Et3N to  afford  TBS‐enol ether 49.  m‐CPBA‐ oxidation  of  49  then  provided  tertiary  C4‐alcohol  50  as  the  sole  isomer,  the  C4‐configuration  of  which  was  un‐ ambiguously  assigned  by  X‐ray  crystallographic  analysis  of  its  derivative  (see  67  of  Scheme  9).    Accordingly,  the  oxidation  of  49  proceeded  from  the  same  face  with  the  sterically cumbersome C‐ring structure upon establishing  the desired C4‐stereogenic center.   

It was remarkable that the three‐component reaction of  16b realized sequential attachment of the A‐ring and the 

ACS Paragon Plus Environment

Journal of the American Chemical Society

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Page 6 of 12

Scheme 5.a Synthesis of the Tricyclic Framework by Employing the Two Radical Reactions. 

 aReagents and conditions: (a) 9 (5 equiv), 18b (5 equiv), V‐40 (0.4 equiv), chlorobenzene, 130 C, 52%; (b) NaN(TMS) , THF, 0 C,  2 77%; (c) TBSOTf, Et3N, CH2Cl2, 0 C; (d) m‐CPBA, NaHCO3, hexane, CH2Cl2, 0 C, 59% (2 steps); (e) DIBAL‐H, CH2Cl2, ‐93 C; (f) 2,2‐dimethoxytetrahydrofuran, (+)‐CSA, benzene, 50 C, 60% (dr = 5 : 3, 2 steps); (g) TBAF, THF; (h) NaH, CS2, MeI, THF, 90% (2  steps); (i) xylene, 110 C; n‐Bu3SnH, V‐40, 180 C (microwave), 71%. 

To rationalize this counterintuitive stereochemical out‐ come,  we  performed  DFT  calculations  of  the  transition  states  (M06‐2X/6‐31G(d),  298  K,  1  atm,  Scheme  6).    In  facilitating  the  calculation,  the  C3O‐TBS,  C7O‐TBDPS  and C8O‐TMS, and C13‐C(CH2)CH3  of 49 were simplified  into  the  C3O‐TMS,  C7O‐Me,  C8O‐Me,  and  C13‐H  of  57,  respectively, while m‐CPBA was replaced with peroxyben‐ zoic acid.  The calculated activation energy of TS1 (‐face  approach)  is  smaller  than  that  of  TS2  (‐face  approach)  by  2.61  kcal/mol  (G),  supporting  the  observed  C4‐ stereoselectivity of 49.  The higher energy of TS2 in com‐ parison to TS1 would be attributable to its higher tortion‐ al  strain:  the  dihedral  angle  of  C5‐C4‐C10‐C9  (38.9)  of  TS2 is smaller than that of TS1 (67.4).44  Since the steric  interaction  between  the  C5‐  and  C9‐positions  becomes  larger  in  TS2,  epoxidation  occurs  via  TS1  to  produce  58a  selectively  over  58b,  and  58a  is  hydrolyzed  to  ‐alcohol  59a.      The  tricyclic  framework  14  was  constructed  from  50  by  the  subsequent  5  steps  (Scheme  5).    DIBAL‐H‐reduction  stereoselectively converted ‐hydroxy ketone 50 into syn‐ 1,2‐diol  51,  which  was  protected  as  the  oxacyclopentyli‐ dene orthoester using 2,2‐dimethoxy tetrahydrofuran and  (+)‐CSA  to  produce  52. 45    After  the  TBDPS  and  TMS  groups  of  52  were  removed  with  TBAF,  the  two  hydroxy  groups  of  53  were  simultaneously  derivatized  into  the  corresponding  xanthates  of  54  by  treatment  with  NaH,  CS2, and MeI.46  Before forming the 7‐membered ring, we 

differentiated the radical‐generating propensity of the C7‐  and  C8‐positions  of  bisxanthate  54.    This  was  realized  simply by heating 54 to 110 C in xylene, which promoted  the  [3,3]‐sigmatropic  rearrangement  of  the  allylic  xan‐ thate  of  54  into  the  less  reactive  dithiocarbonate  of  15.47   Then,  15  was  in  situ‐heated  to  a  higher  temperature  (180  C)  under  microwave  irradiation  in  the  presence  of  n‐ Bu3SnH and V‐40 to deliver tricycle 14 as the only isolable  product  in  71%  yield.    Under  these  conditions,  the  sec‐ ondary  C8‐radical  55  was  chemoselectively  formed  from  15 via C8‐O homolysis, and added to the less hindered C7‐ position  rather  than  the  C6‐position.    The  subsequently  generated tertiary C6‐radical 56 in turn ejected the dithi‐ ocarbonate  functionality  via  the  C20‐S  homolysis,  thus  terminating the radical reaction.48  Consequently, this SH2’  reaction  realized  7‐endo  cyclization  of  the  B‐ring,49 at‐ tachment  of  the  C6‐exo  olefin,  and  introduction  of  the  correct  C8‐stereocenter.    The  lack  of  participation  of  the  five  oxygen‐based  functionalities  (C3,4,9,13,14),  and  the  two  olefins  (C1,15)  demonstrated  the  excellent  chemose‐ lectivity of the radical reaction.             

ACS Paragon Plus Environment

Page 7 of 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Journal of the American Chemical Society

Scheme  6.  Rationale  of  the  C4‐Stereoselectivity.   (Values in parentheses are relative free energies: G,  298 K, 1 atm). 

13

H 10 3

4

TBSO

9

O O

8

O

H 10

O

5

3

TMS

4

TMSO

7

13 9

O 5

8

H O O

the  formation  of  14  was  preferred  due  to  the  less  steric  interactions of the corresponding transition state.    Scheme 7. Rationale of the C8‐Stereoselectivity. (Val‐ ues in parentheses are relative free energies: G, 298  K,  1 atm). 

O Me

7

49

TBDPSO

57 MeO peroxybenzoic acid

9 10 5 3

4

9 10 4

3

5

TS1 (0 kcal/mol) = 67.4°

(C5-C4-C10-C9)

H O O

H 4

O

TMSO O

4

O HO MeO

O

O Me 59a

O

TMSO O

O Me

Scheme 8.a Attempted B‐Ring Cyclizations.  H O O

H O

4

O HO MeO

 

58b

MeO H O O

H

H O O

H 4

O Me 58a

MeO

TS2 (2.61 kcal/mol) (C5-C4-C10-C9) = 38.9°

O Me 59b

 

  The  perfect  C8‐stereoselectivity  of  the  cyclization  indi‐ cated that the C7‐olefin of 55 approached the C‐ring only  from the  ‐face.   To identify structural elements respon‐ sible  for  the  phenomenon,  the  DFT  calculation  (UM06‐ 2X/6‐31g(d),  298  K,  1  atm)  was  performed  using  60  (Scheme 7), in which the C13‐ and C20‐substituents of 55  were  omitted,  and  the  oxacyclopentylidene  orthoester  was replaced with acetonide.  As a result, TS3 (‐face ap‐ proach), which leads to 61a, was calculated to be energet‐ ically favored by 2.69 kcal/mol (G) over TS4 (‐face ap‐ proach), which leads to 61b.  The higher energy of TS4 is  likely  to  come  from  the  close  contacts  of  the  two  atoms  within the  sum of  the van der Waals radii  [H‐H (2.20  Å)  and H‐O (2.52 Å)].  Whereas both TS3 and TS4 have the  three disfavored interactions indicated in the blue dotted  lines, the atom distances of TS4 [H‐H (2.06 Å), H‐O (2.11,  2.27 Å)] are shorter than those of TS3 [H‐H (2.11 Å), H‐O  (2.43, 2.49 Å)].  Thus, the calculation results clarified that 

Scheme  8  illustrates  the  two  selected  negative  data  to  show  the  difficulties  associated  with B‐ring  construction.   Substrate  62,  which  only  differs  from  54  in  its  C3,4‐ oxidation  states  and  capped  protective  group,  similarly  underwent  thermal  rearrangement  to  afford  dithiocar‐ bonate  63.    Submission  of  63  to  radical  conditions  (n‐ Bu3SnH, V‐40, xylene, 180 C, microwave), however, led to 

ACS Paragon Plus Environment

Journal of the American Chemical Society

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

only  decomposition  without  providing  64,  presumably  because  the  electron‐rich  C8‐radical  intermolecularly  added  to  the  electron‐deficient  carbonyl‐conjugated  C1‐ olefin  in  the  course  of  the  reaction.    On  the  other  hand,  ruthenium catalyst A  promoted  no ring‐closing metathe‐ sis  between  the  two  sterically  hindered  olefins  of  65.   These  experiments  accentuated  the  importance  of  the  substrate design and reaction mode for achieving success‐ ful cyclization of the complex intermediate.      Total Synthesis of Resiniferatoxin.   The remaining key issues from 14 to 1 were modification  of  the  carbon  framework  at  C2,3,7,20,  and  decoration  of  the  surrounding  motifs  (the  ortho  phenylacetate  and  homovanillate).    These  functional  group  transformations  needed to be properly orchestrated, and judiciously opti‐ mized to achieve the total synthesis (Scheme 9).    Before  constructing  the  C3‐ketone  and  the  ortho  phe‐ nylacetate, pentaol 67 was prepared from 14.  Full depro‐ tection turned out to be problematic due to the presence  of  the  two  acid‐sensitive  allylic  and  tertiary  hydroxy  groups  in  67.    Importantly,  the  oxacyclopentylidene  or‐ thoester of 14 allowed us to use relatively mild conditions  for  this  particular  reaction.    Specifically,  treatment  of  14  with  1.5  M  HCl  in  aqueous  MeOH  simultaneously  de‐ tached the two orthoesters to furnish pentaol 67 after the  addition  of  LiOH  to  the  mixture  to  remove  the  partially  remaining  acetyl  group.    While  orthoacetate  68  was  re‐ covered as the minor compound, this was re‐subjected to  the same conditions to obtain additional 67.  The intricate  5/7/6‐tricyclic  structure  of  67  with  8  contiguous  stereo‐ centers  was  clearly  established  by  X‐ray  crystallographic  analysis.    Next,  the  allylic  C3‐hydroxy  group  of  67  was  chemose‐ lectively  oxidized  over  the  secondary  C14‐hydroxy  group  utilizing  catalytic  AZADO,  CuCl,  2,2’‐bipyridyl,  and  DMAP  under  air  to  generate  the  C3‐ketone  of  69.50   The  ortho  phenylacetate  was  introduced  to  the  C9,13,14‐triol  system of 69 to yield 70 by C14‐esterification with phenyl  acetic acid by the action of activated ester C and DMAP at  0  °C, 51  and  subsequent  treatment  with  2,4,6‐ trichlorobenzoic  acid  at  50  °C.    The  last  remaining  free  C4‐alcohol  of  70  was  protected  as  the  TMS  ether  with  TMSOTf and 2,6‐lutidine, leading to 71.    Then,  C2‐functionalization  and  subsequent  C7‐ hydroxylation transformed 71 into 77.  After 1,4‐reduction  of  C3‐enone  71  to  C3‐ketone  73,  the  C2‐position  was  methylated  using  LiN(TMS)2  and  MeI  to  provide  74.    N‐ methyl‐N‐(trimethylsilyl)trifluoroacetamide  (D) 52  was  applied  to  promote  TMS‐enol  ether  formation  from  74,  and  the  resulting  75  was  treated  with  NBS  to  afford  C2‐ brominated 76.  Although 76 has the three potential reac‐ tive sites (C5,7,16), allylic hydroxylation of 76 with SeO2 in  t‐BuOH at 80 °C gave rise to ‐oriented C7‐alcohol 77 as  the major product (77 : C5‐alcohol 78 = 5 : 1), while leav‐ ing  the  most  kinetically  protected  C16‐position  intact.53   Interestingly, the C5/7‐site‐selectivity of the allylic oxida‐ tion  was  significantly  influenced  by  the  A‐ring  structure.  

Page 8 of 12

SeO2‐induced allylic oxidation of 71 exclusively produced  undesired C5‐hydroxylated compound 72.  The unsaturat‐ ed  A‐ring  of  71  was  assumed  to  affect  the  conformation  and steric environment of the 7‐membered B‐ring, there‐ by changing the favorable pathway.54    The  last  four  steps  completed  the  total  synthesis  of  1.   The reagent combination of Li2CO3 and LiBr transformed  ‐bromo ketone 77 to ,‐unsaturated ketone 79 through  the elimination of HBr.  Allylic C7‐alcohol 79 was in turn  treated  with  SOCl2  to  induce  the  SN2’  substitution,  pro‐ ducing  allylic  C20‐chloride  80  with  the  requisite  C7‐ double  bond.    The  introduced  chloride  of  80  underwent  SN2  displacement  upon  treatment  with  cesium  carbox‐ ylate  E.55   Finally,  TBAF‐promoted  removal  of  the  TMS  group  on the tertiary C4‐OH and TBS group on the phe‐ nolic  OH,  furnishing  the  targeted  resiniferatoxin  (1).    All  of  the  analytical  data  including  1H,  13C  NMR,  IR  and  []D  value of the synthetic 1 were identical to those of the nat‐ ural counterpart.      SUMMARY  In  summary,  we  developed  a  novel  radical‐based  syn‐ thetic strategy for the chemical construction of resinifera‐ toxin (41 total steps from 19 to 1).  The synthetic route is  highlighted by two powerful radical reactions.  Design of  the caged C‐ring structure 17b with the ‐alkoxy selenide  enabled us to realize the three‐component coupling reac‐ tion with A‐ring 9 and 18b by the intermediacy of bridge‐ head  radical  45b  to  produce  16b.    After  derivatization  of  16b  into  bisxanthate  54,  the  selective  [3,3]‐sigmatropic  rearrangement of the allylic xanthate to the allylic dithio‐ carbonate, and the in situ radical reaction of 15 attained 7‐ endo  cyclization  to  deliver  14  via  the  secondary  radical  formation  and  the  dithiocarbonate  expulsion.    These  in‐ ter‐  and  intramolecular  radical  transformations  thus  an‐ nulated  the  7‐membered  B‐ring  by  stereoselectively  link‐ ing the three hindered bonds (C4‐5, C7‐8, and C9‐10) that  connect  the  A‐  and  C‐rings  without  touching  many  po‐ tentially  reactive  functionalities.    Other  notable  features  of  the  successful  synthesis  include:  1)  stereoselective  preparation  of  17b  with  five consecutive  stereocenters by  taking advantage of the 3D‐shape of the intermediates; 2)  stereoselective  introduction  of  the  tertiary  C4‐hydroxy  group  of  50  by  exploiting  the  torsional  strain‐controlled  reaction;  3)  C7‐site‐selective  allylic  oxidation  of  76  with  the properly functionalized A‐ring; and 4) construction of  the  allylic  C20‐homovanillate  by  an  SN2’‐reaction  of  79  with SOCl2, followed by an SN2 reaction with cesium car‐ boxylate E.  Because of their flexibility and robustness, the  strategy  and  tactics  developed  here  would  be  applicable  to  the  synthesis  of  other  biologically  active  daphnanes  and tiglianes.  Collectively, we hope that the present non‐ conventional  route  to  1  will  enrich  the  science  of  radical  chemistry, and offer new perspectives in the strategic de‐ sign  of  multi‐step  target‐oriented  synthesis  beyond  this  work.   

ACS Paragon Plus Environment

Page 9 of 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Journal of the American Chemical Society

Scheme 9.a Total Synthesis of Resiniferatoxin (1). 

aReagents and conditions: (a) 1.5 M HCl in aqueous MeOH, 30 C; LiOH; 51% for 67 and 36% for 68 from 14; 57% for 67 from 68  (recovered 68: 28%); (b) AZADO, CuCl, 2,2’‐bipyridyl, DMAP, CH3CN, air, 0 C; 90%; (c) C, DMAP, toluene, THF, 0 C; 2,4,6‐ trichlorobenzoic  acid,  50  C,  53%  (recovered  69:  15%);  (d)  TMSOTf,  2,6‐lutidine,  CH2Cl2,  74%;  (e)  SeO2,  t‐BuOH,  80  C,  43%  from 71; (f) LiBH(s‐Bu)3, THF, ‐78 C, 83%; (g) LiN(TMS)2, THF, 0 C; MeI, ‐20 C, 94%; (h) D, DMAP, DABCO, CH3CN, 110 C;  (i) NBS, THF, 0 C; 88% (2 steps); (j) SeO2, t‐BuOH, 80 C, (77 : 78 = 5 : 1); (k) Li2CO3, LiBr, DMF, 150 C; (l) SOCl2, pyridine, Et2O,  25% (3 steps); (m) E, DMF; (n) TBAF, THF, 0 C, 92% (2 steps). 

 

ASSOCIATED CONTENT  Supporting Information.   The Supporting Information is available free of charge via the  Internet at http://pubs.acs.org.  Experimental  procedures,  and  characterization  data  and  NMR spectra of all newly synthesized compounds.  

AUTHOR INFORMATION  Corresponding Author  *E‐mail: [email protected]‐tokyo.ac.jp 

Present Address  †Faculty of Engineering, Toyama Prefectural University, 5180  Kurokawa, Imizu‐shi, Toyama 939‐0398, Japan   

Notes  The authors declare no competing financial interest. 

ACKNOWLEDGMENTS   This research was financially supported by Grant‐in‐Aids for  Scientific Research (S) (JSPS, 17H06110) to M.I. and for Young  Scientists (A) (JSPS, 16H06213) to D.U.  Determination of X‐ ray  crystallographic  structures  was  financially  supported  by  Nanotechnology Platform (MEXT, 12024046) of.  Fellowships  to S.H. and S.K. from JSPS are gratefully acknowledged.  

REFERENCES 

1.  For  recent  reviews  on  daphnane  diterpenoids,  see:  (a)  Shi,  Q.‐W.; Su, X.‐H.; Kiyota, H. Chem. Rev. 2008, 108, 4295. (b) Liao,  S.‐G.;  Chen,  H.‐D.;  Yue,  J.‐M.  Chem.  Rev.  2009,  109,  1092.  (c)  Vasas, A.; Hohmann, J. Chem. Rev. 2014, 114, 8579.  2.  Hergenhahn,  M.;  Adolf,  W.;  Hecker,  E.  Tetrahedron  Lett.  1975, 16, 1595.  3. Adolf, W.; Sorg, B.; Hergenhahn, M.; Hecker, E. J. Nat. Prod.  1982, 45, 347.  4. Szallasi, A.; Blumberg, P. M. Neuroscience 1989, 30, 515.  5. For a review on TRPV1, see: Voets, T.; Talavera, K.; Owsian‐ ik, G.; Nilius, B. Nat. Chem. Biol. 2005, 1, 85.  6. (a) Liao, M.; Cao, E.; Julius, D.; Cheng, Y. Nature 2013, 504,  107.  (b)  Elokely,  K.;  Velisetty,  P.;  Delemotte,  L.;  Palovcak,  E.;  Klein, M. L.; Rohacs, T.; Carnevale, V. Proc. Natl. Acad. Sci. 2016,  113, E137.  7. (a) Brederson, J.‐D.; Kym, P. R.; Szallasi, A. Eur. J. Pharma‐ col. 2013, 716, 61. (b) Brown, D. C. Pharmaceuticals 2016, 9, 47.   8.  For  recent  reviews  on  the  roles  of  natural  product  struc‐ tures  in  drug  discovery,  see:  (a)  Harvey,  A.  L.;  Edrada‐Ebel,  R.;  Quinn, R. J. Nat. Rev. Drug Discovery 2015, 14, 111. (b) Newman, D.  J.;  Cragg,  G.  M.  J.  Nat.  Prod.  2016,  79,  629.  (c)  Allred,  T.  K.;  Manoni, F.; Harran, P. G. Chem. Rev. 2017, 117, 11994.  9.  Zhan,  Z.‐J.;  Fan,  C.‐Q.;  Ding,  J.;  Yue,  J.‐M.  Bioorg.  Med.  Chem. 2005, 13, 645.  10. (a) Stout, G. H.; Balkenhol, W. J.; Poling, M.; Hickernell, G.  L.  J.  Am.  Chem.  Soc.  1970,  92,  1070.  (b)  Vidal,  V.;  Potterat,  O.;  Louvel,  S.;  Hamy,  F.;  Mojarrab,  M.;  Sanglier,  J.‐J.;  Klimkait,  T.;  Hamburger, M. J. Nat. Prod. 2012, 75, 414.   

ACS Paragon Plus Environment

Journal of the American Chemical Society

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Page 10 of 12

 

 

11.  Hoppe,  W.;  Brandl,  F.;  Strell,  I.;  Röhrl,  M.;  Gassmann,  I.;  Hecker, E.; Bartsch, H.; Kreibich, G.; Szczepanski, Ch. v. Angew.  Chem. Int. Ed. 1967, 6, 809.  12. Thielmann, H. W.; Hecker, E. Liebigs Ann. Chem. 1969, 728,  158.  13. For recent reviews on the total synthesis of terpenoids, see:  (a) Maimone, T. J.; Baran, P. S. Nat. Chem. Biol. 2007, 3, 396. (b)  Urabe,  D.;  Asaba,  T.;  Inoue,  M.  Chem.  Rev.  2015,  115,  9207.  (c)  Brill,  Z.  G.;  Condakes,  M.  L.;  Ting,  C.  P.;  Maimone,  T.  J.  Chem.  Rev. 2017, 117, 11753.  14.  For  synthetic  studies  of  1  and  related  daphnane  and  tig‐ liane diterpenoids, see: (a) Rigby, J. H.; Kierkus, P. Ch.; Head, D.  Tetrahedron  Lett.  1989,  30,  5073.  (b)  Harwood,  L.  M.;  Ishikawa,  T.; Phillips, H.; Watkin, D. J. Chem.  Soc.,  Chem.  Commun. 1991,  527.  (c)  Shigeno,  K.;  Sasai,  H.;  Shibasaki,  M.  Tetrahedron  Lett.  1992,  33,  4937.  (d)  Page,  P.  C.  B.;  Jennens,  D.  C.  J.  Chem.  Soc.,  Perkin Trans. 1 1992, 2587. (e) Dauben, W. G.; Dinges, J.; Smith, T.  C. J.  Org.  Chem.  1993, 58, 7635. (f) Paquette, L. A.; Sauer, D. R.;  Edmondson,  S.  D.;  Friedrich,  D.  Tetrahedron  1994,  50,  4071.  (g)  Sugita,  K.;  Neville,  C.  F.;  Sodeoka,  M.;  Sasai,  H.;  Shibasaki,  M.  Tetrahedron Lett. 1995, 36, 1067. (h) Lee, K.; Cha, J. K. Org. Lett.  1999,  1, 523. (i)  Ovaska, T. V.; Reisman,  S. E.;  Flynn,  M.  A.  Org.  Lett.  2001,  3,  115.  (j)  Jackson, S. R.; Johnson, M. G.; Mikami, M.;  Shiokawa,  S.;  Carreira,  E.  M.  Angew.  Chem.  Int.  Ed.  2001,  40,  2694.  (k)  Page,  P.  C.  B.;  Hayman,  C.  M.;  McFarland,  H.  L.;  Willock, D. J.; Galea, N. M. Synlett 2002, 583. (l) Wender, P. A.;  Bi, F. C.; Buschmann, N.; Gosselin, F.; Kan, C.; Kee, J.‐M.; Ohmu‐ ra, H. Org. Lett. 2006, 8, 5373. (m) Wender, P. A.; D’Angelo, N.;  Elitzin,  V.  I.;  Ernst,  M.;  Jackson‐Ugueto,  E.  E.;  Kowalski,  J.  A.;  McKendry, S.; Rehfeuter, M.; Sun, R.; Voigtlaender, D. Org. Lett.  2007,  9,  1829.  (n)  Stewart,  C.;  McDonald,  R.;  West,  F.  G.  Org.  Lett.  2011,  13,  720.  (o)  Catino,  A.  J.;  Sherlock,  A.;  Shieh,  P.;  Wzorek, J. S.; Evans, D. A. Org. Lett. 2013, 15, 3330. (p) Tong, G.;  Liu, Z.; Li, P. Org. Lett. 2014, 16, 2288. (q) Hassan, A. H. E.; Lee, J.  K.; Pae, A. N.; Min, S.‐J.; Cho, Y. S. Org. Lett. 2015, 17, 2672. (r) Li,  Y.; Wei, M.; Dai, M. Tetrahedron 2017, 73, 4172.   15. (a) Wender, P. A.; Lee, H. Y.; Wilhelm, R. S.; Williams, P. D.  J.  Am.  Chem.  Soc.  1989,  111,  8954.  (b) Wender,  P. A.; Kogen, H.;  Lee, H. Y.; Munger Jr., J. D.; Wilhelm, R. S.; Williams, P. D. J. Am.  Chem. Soc. 1989, 111, 8957. (c) Wender, P. A.; McDonald, F. E. J.  Am. Chem. Soc. 1990, 112, 4956.  16. Wender, P. A.; Rice, K. D.; Schnute, M. E. J. Am. Chem. Soc.  1997, 119, 7897.  17. Lee, K.; Cha, J. K. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 5590.  18. Kawamura, S.; Chu, H.; Felding, J.; Baran, P. S. Nature 2016,  532, 90.  19. (a) Asaba, T.; Katoh, Y.; Urabe, D.; Inoue, M. Angew. Chem.  Int. Ed. 2015, 54, 14457. (b) Urabe, D.; Asaba, T.; Inoue, M. Bull.  Chem.  Soc.  Jpn.  2016,  89,  1137.  For  a  chemical  conversion  of  phorbol  to  crotophorbolone,  see:  (c)  Wender,  P.  A.;  Kee,  J.‐M.;  Warrington, J. M. Science, 2008, 320, 649.  20. (a) Wender, P. A.; Jesudason, C. D.; Nakahira, H.; Tamura,  N.; Tebbe, A. L.; Ueno, Y. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 12976. For a  synthesis  of  daphnane  congeners,  see:  (b)  Wender,  P.  A.;  Buschmann,  N.;  Cardin,  N.  B.;  Jones,  L.  R.;  Kan,  C.;  Kee,  J.‐M.;  Kowalski, J. A.; Longcore, K. E. Nat. Chem. 2011, 3, 615.  21. For recent reviews on radical reactions, see: (a) Rowlands,  G. J. Tetrahedron 2009, 65, 8603. (b) Rowlands, G. J. Tetrahedron  2010, 66, 1593. (c) Yan, M.; Lo, J. C.; Edwards, J. T.; Baran, P. S. J.  Am. Chem. Soc. 2016, 138, 12692.   22. For selected recent examples of intermolecular radical ad‐ dition  reactions  in  the  total  synthesis  of  terpenoids,  see:  (a)  Schnermann, M. J.; Overman, L. E. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51,  9576. (b) Sun, Y.; Li, R.; Zhang, W.; Li, A. Angew. Chem. Int. Ed.  2013,  52,  9201.  (c)  Wang,  L.;  Wang,  H.;  Li,  Y.;  Tang,  P.  Angew.   

Chem.  Int.  Ed.  2015,  54,  5732.  (d)  Tao,  D.  J.;  Slutskyy,  Y.;  Over‐ man,  L.  E.  J.  Am.  Chem.  Soc.  2016,  138,  2186.  (e)  Slutskyy,  Y.;  Jamison, C. R.; Lackner, G. L.; Müller, D. S.; Dieskau, A. P.; Un‐ tiedt, N. L.; Overman, L. E. J. Org. Chem. 2016, 81, 7029. (f) Slut‐ skyy, Y.; Jamison, C. R.; Zhao, P.; Lee, J.; Rhee, Y. H.; Overman, L.  E. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 7192.  23. Inoue, M. Acc. Chem. Res. 2017, 50, 460.  24. Murai, K.; Katoh, S.; Urabe, D.; Inoue, M. Chem. Sci. 2013,  4, 2364.  This preliminary study describes the synthesis of a tri‐ cyclic  carbon  framework  of  1  with  the  incorrect  C10‐ stereochemistry.    In  the  present  study,  we  significantly  short‐ ened  the  synthetic  route  to  the  C‐ring  (‐7  steps),  realized  the  construction of the tricycle with the correct C10‐stereochemistry,  and accomplished the total synthesis of 1.    25.  For  recent  reviews  on  multicomponent  reactions,  see:  (a)  Multicomponent  Reactions,  Zhu,  J.,  Bienaymé,  H.  Eds.;  Wiley‐ VCH, Weinheim, 2005. (b) Nicolaou, K. C.; Edmonds, D. J.; Bulg‐ er, P. G. Angew.  Chem. Int. Ed. 2006, 45, 7134. (c) Godineau, E.;  Landais, Y. Chem. Eur. J. 2009, 15, 3044. (d) Touré, B. B.; Hall, D.  G. Chem. Rev. 2009, 109, 4439. (e) Pellissier, H. Chem. Rev. 2013,  113, 442.   26.  Urabe,  D.;  Yamaguchi,  H.;  Inoue,  M.  Org.  Lett.  2011,  13,  4778.  27. Keck, G. E.; Yates, J. B. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 5829.  28. Walton, J. C.  Chem. Soc. Rev. 1992, 21, 105.  29.  ‐Alkoxy  bridgehead  radical  reactions  were  utilized  for  the two‐ and three‐component coupling reactions in our labora‐ tory.    (a)  Urabe,  D.;  Nagatomo,  M.;  Hagiwara,  K.;  Masuda,  K.;  Inoue, M. Chem. Sci. 2013, 4, 1615. (b) Kamimura, D.; Urabe, D.;  Nagatomo, M.; Inoue, M. Org. Lett. 2013, 15, 5122. (c) Nagatomo,  M.; Koshimizu, M.; Masuda, K.; Tabuchi, T.; Urabe, D.; Inoue, M.  J.  Am.  Chem.  Soc.  2014.  136,  5916.  (d)  Nagatomo,  M.;  Hagiwara,  K.; Masuda, K.; Koshimizu, M.; Kawamata, T.; Matsui, Y.; Urabe,  D.; Inoue, M. Chem. Eur. J. 2016, 22, 222. (e) Kamimura, D.; Na‐ gatomo, M.; Urabe, D.; Inoue, M. Tetrahedron 2016, 72, 7839.  30. Garber, S. B.; Kingsbury, J. S.; Gray, B. L.; Hoveyda, A. H. J.  Am. Chem. Soc. 2000, 122, 8168.  31.  Metathesis  in  Natural  Product  Synthesis:  Strategies,  Sub‐ strates  and  Catalysts;  Cossy,  J.,  Arseniyadis,  S.,  Meyer,  C.,  Eds.;  Wiley‐VCH: Weinheim, 2010.  32. Hong, S. H.; Sanders, D. P.; Lee, C. W.; Grubbs, R. H. J. Am.  Chem. Soc. 2005, 127, 17160.  33. For recent examples of related reactions, see: (a) Constan‐ tino, M. G.; Beatriz, A.; da Silva, G. V. J.; Zukerman‐Schpector, J.  Synth. Commun. 2001, 31, 3329. (b) Wang, Q.; Chen, C. Org. Lett.  2008, 10, 1223.   34. Ley, S. V.; Norman, J.; Griffith, W. P.; Marsden, S. P. Syn‐ thesis 1994, 639.  35. Nicolaou, K. C.; Baran, P. S.; Zhong, Y.‐L.; Choi, H.‐S.; Fong,  K. C.; He, Y.; Yoon, W. H. Org. Lett. 1999, 1, 883.  36.  Barton,  D.  H. R.; Bridon,  D.; Zard, S.  Z. Tetrahedron  Lett.  1984, 25, 5777.  37. (a) Barton, D. H. R.; Crich, D.; Motherwell, W. B. J. Chem.  Soc.,  Chem.  Commun.  1983,  939.    For  reviews  on  Barton  esters,  see:  (b)  Crich,  D.;  Quintero,  L.  Chem.  Rev.  1989,  89,  1413.  (c)  Saraiva, M. F.; Couri, M. R. C.; Hyaric, M. L.; de Almeida, M. V.  Tetrahedron 2009, 65, 3563.  38.  Albright,  J.  D.;  Goldman,  L.  J.  Am.  Chem.  Soc.  1967,  89,  2416.  39. Luche, J.‐L. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 2226.  40. (a) Curran, T. T.; Hay, D. A.; Koegel, C. P.; Evans, J. C. Tet‐ rahedron 1997, 53, 1983. (b) Watson, T. J. N.; Curran, T. T.; Hay,  D. A.; Shah, R. S.; Wenstrup, D. L.; Webster, M. E. Org. Process  Res. Dev. 1998, 2, 357.  41. Weigand, S.; Brückner, R. Synthesis 1996, 475.    

10

ACS Paragon Plus Environment

Page 11 of 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Journal of the American Chemical Society

 

 

42.  (a)  Giese,  B.;  Grӧninger,  K.  S.;  Witzel,  T.;  Korth,  H.‐G.;  Sustmann, R. Angew. Chem. Int. Ed. 1987, 26, 233. (b) Korth, H.‐ G.; Sustmann, R.; Grӧninger, K. S.; Leisung, M.; Giese, B. J. Org.  Chem. 1988, 53, 4364.  43.  (a)  Zhao,  Y.;  Truhlar,  D.  G.  Theor.  Chem.  Acc.  2008,  120,  215. (b) Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 1095.  44. (a) Cheong, P. H.‐Y.; Yun, H.; Danishefsky, S. J.; Houk, K.  N. Org. Lett. 2006, 8, 1513. (b) Wang, H.; Houk, K. N. Chem. Sci.  2014, 5, 462.  45.  Kennedy,  R.  M.;  Abiko,  A.;  Takemasa,  T.;  Okumoto,  H.;  Masamune, S. Tetrahedron Lett. 1988, 29, 451.  46.  Barton,  D.  H.  R.;  McCombie,  S.  W.  J.  Chem.  Soc.,  Perkin  Trans. 1 1975, 1574.    47.  (a)  Harano,  K.;  Taguchi,  T.  Chem.  Pharm.  Bull.  1972,  20,  2348. (b) Nakai, T.; Ari‐Izumi, A. Tetrahedron Lett. 1976, 17, 2335.  48. Ziegler, F. E.; Zheng, Z.‐L. Tetrahedron Lett. 1987, 28, 5973.  49.  (a)  Lee,  E.;  Lim,  J.  W.;  Yoon,  C.  H.;  Sung,  Y.;  Kim,  Y.  K.;  Yun, M.; Kim, S. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 8391. (b) Justicia, J.;  Oller‐López,  J.  L.;  Campaña,  A.  G.;  Oltra,  J.  E.;  Cuerva,  J.  M.;  Buñuel, E.; Cárdenas, D. J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14911. (c)  Yokoe, H.; Mitsuhashi, C.; Matsuoka, Y.; Yoshimura, T.; Yoshida,  M.; Shishido, K. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8854.  50. Sasano, Y.; Nagasawa, S.; Yamazaki, M.; Shibuya, M.; Park,  J.; Iwabuchi, Y. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 3236.  51. Kawanami, Y.; Dainobu, Y.; Inanaga, J.; Katsuki, T.; Yama‐ guchi, M. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1981, 54, 943.  52. Donike, M. J. Chromatogr. 1969, 42, 103.  53. (a) Sharpless, K. B.; Lauer, R. F. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94,  7154. (b) Arigoni, D.; Vasella, A.; Sharpless, K. B.; Jensen, H. P. J.  Am. Chem. Soc. 1973, 95, 7917.   54.  Rationale of the C5/7‐site‐selectivity was described in the  Supporting Information.  55.  (a)  Kruizinga,  W.  H.;  Strijtveen,  B.;  Kellogg,  R.  M.  J.  Org.  Chem.  1981,  46,  4321.  (b)  Sanna,  V.;  Pintus,  G.;  Roggio,  A.  M.;  Punzoni,  S.;  Posadino,  A.  M.;  Arca,  A.;  Marceddu,  S.;  Bandiera,  P.; Uzzau, S.; Sechi, M. J. Med. Chem. 2011, 54, 1321. 

   

Table of Contents artwork 

 

                             

11

ACS Paragon Plus Environment

Journal of the American Chemical Society

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Graphic for Table of Contents 53x26mm (600 x 600 DPI)

ACS Paragon Plus Environment

Page 12 of 12