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Syntheses of Xanthofulvin and Vinaxanthone, Natural Products Enabling Spinal Cord Regenera?on Abram Axelrod, Anders M. Eliasen, MaDhew R. Chin, Katherine Zlotkowski, and Dionicio Siegel* Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 3421 –3424 Feng Zhang @ Wipf Group Page 1 of 12 04/20/2013 Feng Zhang Wipf Group Current Literature April 20, 2013 O HO 2 C HO HO O O Me Me OH O O CO 2 H OH OH O HO 2 C HO HO O O Me O Me O O CO 2 H OH OH xantofulvin (1) vinaxanthone (2)

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Page 1: Syntheses(of(Xanthofulvin(and(Vinaxanthone ...ccc.chem.pitt.edu/wipf/Current Literature/Feng_2.pdfPivO Me 2NCH(OMe)2 DME, 85 °C, 62% tBuO 2C MOMO OH O PivO NMe 2 O O O Me OH O Me

Syntheses  of  Xanthofulvin  and  Vinaxanthone,  Natural  Products  Enabling  Spinal  Cord  Regenera?on�

Abram  Axelrod,  Anders  M.  Eliasen,  MaDhew  R.  Chin,  Katherine  Zlotkowski,  and    Dionicio  Siegel*  Angew.  Chem.  Int.  Ed.  2013,  52,  3421  –3424 �

Feng  Zhang  @  Wipf  Group                                                                                                                            Page  1 of  12                                                                                                                                                                                      04/20/2013�

Feng  Zhang  Wipf  Group  Current  Literature  

April  20,  2013                                                                                                                                          �

O

HO2CHO

HO

O

OMe

Me

OH

O

O CO2HOH

OH O

HO2CHO

HO

O

OMe

O

Me

O

O CO2HOH

OH

xantofulvin (1) vinaxanthone (2)

Page 2: Syntheses(of(Xanthofulvin(and(Vinaxanthone ...ccc.chem.pitt.edu/wipf/Current Literature/Feng_2.pdfPivO Me 2NCH(OMe)2 DME, 85 °C, 62% tBuO 2C MOMO OH O PivO NMe 2 O O O Me OH O Me

Introduc?on�

•  The   failure   of   neurons   in   the   central   nervous   system   (CNS)   to   undergo  regeneraGon  following  injury  accounts  for  the  permanent  and  debilitaGng  effects  that  accompany  spinal  cord  injury,  for  which  there  is  no  cure.    

•  Gene   therapy,   biologics,   and   stem-­‐cell-­‐based   approaches   have   received  considerable  aOenGon  in  promoGng  CNS  regeneraGon  

•    The   delivery   of   drugs   directly   into   the   spinal   cavity   through   spinal  injecGon  can  expedite  small-­‐molecule-­‐based  drug  development.    

•  Moreover,  a  variety  of  hydrogels  and  other  polymers  for  conGnuous  drug  delivery,  developed  specifically  for  spinal  cord  therapy,  when  coupled  with  a   validated   small  molecule  will   provide  a  unique  and  promising  plaTorm  for  therapeuGc  development.  

Feng  Zhang  @  Wipf  Group                                                                                                                            Page  2 of  12                                                                                                                                                                                      04/20/2013�

Page 3: Syntheses(of(Xanthofulvin(and(Vinaxanthone ...ccc.chem.pitt.edu/wipf/Current Literature/Feng_2.pdfPivO Me 2NCH(OMe)2 DME, 85 °C, 62% tBuO 2C MOMO OH O PivO NMe 2 O O O Me OH O Me

Feng  Zhang  @  Wipf  Group                                                                                                                            Page  3 of  12                                                                                                                                                                                      04/20/2013�

Scanning  electron  micrograph  of  Penicillium  sp.  SPF-­‐3059 �

O

HO2CHO

HO

O

OMe

Me

OH

O

O CO2HOH

OH O

HO2CHO

HO

O

OMe

O

Me

O

O CO2HOH

OH

xantofulvin (1) vinaxanthone (2)

Tetrahedron  Le2.  1991,  32,  4737  –  4740;    An?biot.  2003,  56,  610  –  616.  Sumitomo  Kagaku  2005,  1–8;    Nat.  Med.  2006,  12,  1380  –  1389. �

Strongly  block  the  effects  of  the  inhibitor  of  axonal  regeneraGon  semaphorin3A  (Sema3A)  with  no  observable  cytotoxicity  at  concentraGons  above  1000  Gmes  the  effecGve  dose.        Animal  studies  of  xanthofulvin  have  demonstrated  remarkable  effects  aYer  complete  spinal  cord  transecGon. �

Page 4: Syntheses(of(Xanthofulvin(and(Vinaxanthone ...ccc.chem.pitt.edu/wipf/Current Literature/Feng_2.pdfPivO Me 2NCH(OMe)2 DME, 85 °C, 62% tBuO 2C MOMO OH O PivO NMe 2 O O O Me OH O Me

Feng  Zhang  @  Wipf  Group                                                                                                                            Page  4 of  12                                                                                                                                                                                      04/20/2013�

Synthesis  of  5,6-­‐dehydropolivione  (11) �

O

O

O

1. PivCl, DMAP, iPr2NEt2. TBSOTf, TEA

69% two steps

OTBSO

OPiv

tBuO2CMe

O

THF, rt, 96%

tBuO2C

PivO OTBSO

Me

O

+CO2tBu

PivO OTBSO

O Me

> 20 : 1

HCl/THF76%

tBuO2C

HO OTBS

Me

OPivO MOMCl, iPr2NEt

72%

tBuO2C

MOMO OTBS

Me

OPivO Me2NCH(OMe)2

DME, 85 °C, 62%

tBuO2C

MOMO OH

OPivO

NMe2

O

O

O

Me

OH

OMeMe

toluene, 110 °C, 42%

tBuO2C

MOMO

PivO96%

O

O OH

Me

O HO2C

HO

HO

O

O OH

Me

O

3 4 5 6

7 (acetophenone) 8 9 (enaminone)

10 (triketone) 11 (5,6-dehydropolivione)

BCl3

Page 5: Syntheses(of(Xanthofulvin(and(Vinaxanthone ...ccc.chem.pitt.edu/wipf/Current Literature/Feng_2.pdfPivO Me 2NCH(OMe)2 DME, 85 °C, 62% tBuO 2C MOMO OH O PivO NMe 2 O O O Me OH O Me

Proposed  dimeriza?on  of  5,6-­‐dehydropolivione  (11)  genera?ng  vinaxanthone  (2) �

HO2C

HO

HO

O

O OH

Me

O

HO2C

HO

HO

O

O O

Me

OH

HO2C

HO

HO

O

O OH

Me

O

Me

O

OH

O

HO2COH

OH

O

β eliminationMichael addition

HO2C

HO

HO

OH

O O

Me

O

O

Me

O

chromone condensation -H2O

HO2C

HO

HO

O

O

Me

O

OO

Me

O

O

HO2COH

OH

tautomerization

HO2C

HO

HO

O

O

Me

O

HOO

Me

O

O

HO2COH

OH

6π electrocyclization

HO2C

HO

HO

O

O

Me

O

O

O

HO2COH

OH

OH

Me O

β eliminationO

HO2CHO

HO

O

OMe

O

Me

O

O CO2HOH

OH

vinaxanthone (2)

+

HO2C

HO

HO

OH

O O

Me

O

MeO

O

O

CO2HOH

OH

O

O

O

HO2COH

OH

chromone condensation -H2O

HO2C

HO

HO

O

O O

MeOO

Me

O

O CO2HOH

OH

tautomerization

HO2C

HO

HO

O

O O

OHMeO

Me

O

O CO2HOH

OH

6π electrocyclization

HO2C

HO

HO

O

O O

OH O

O CO2HOH

OH

MeO

Meβ elimination

HO2C

HO

HO

O

O O

Me O

O CO2HOH

OH

MeO

2',3'-dehydroxanthofulvin

11

HO2C

HO

HO

O

O OH

Me

OH2O, 55 °C

61% O

HO2CHO

HO

O

OMe

O

Me

O

O CO2HOH

OH

vinaxanthone (2)

Feng  Zhang  @  Wipf  Group                                                                                                                            Page  5 of  12                                                                                                                                                                                      04/20/2013�

Page 6: Syntheses(of(Xanthofulvin(and(Vinaxanthone ...ccc.chem.pitt.edu/wipf/Current Literature/Feng_2.pdfPivO Me 2NCH(OMe)2 DME, 85 °C, 62% tBuO 2C MOMO OH O PivO NMe 2 O O O Me OH O Me

Proposed  reac?on  of  Polivione  with  5,6-­‐Dehydropolivione �

HO2C

HO

HO

O

O OH

Me

O

11HO2C

HO

HO

O

O O

Me

OH

HO2C

HO

HO

O

O OH

Me

O

Me

O

OH

O

HO2COH

OH

O

β eliminationMichael addition

HO2C

HO

HO

OH

O O

Me

O

O

Me

O

chromone condensation -H2O

HO2C

HO

HO

O

O

Me

O

OO

Me

O

O

HO2COH

OH

tautomerization

HO2C

HO

HO

O

O

Me

O

HOO

Me

O

O

HO2COH

OH

6π electrocyclization

HO2C

HO

HO

O

O

Me

O

O

O

HO2COH

OH

OH

Me O

β eliminationO

HO2CHO

HO

O

OMe

O

Me

O

O CO2HOH

OH

+

HO2C

HO

HO

OH

O O

Me

O

MeO

O

O

CO2HOH

OH

O

O

O

HO2COH

OH

chromone condensation -H2O

HO2C

HO

HO

O

O O

MeOO

Me

O

O CO2HOH

OH

tautomerization

HO2C

HO

HO

O

O O

OHMeO

Me

O

O CO2HOH

OH

6π electrocyclization

HO2C

HO

HO

O

O O

OH O

O CO2HOH

OH

MeO

Meβ elimination

HO2C

HO

HO

O

O OH

Me O

O CO2HOH

OH

MeO

xanthofulvin (1)

tautomerization

hemiketal formation

O

HO2CHO

HO

O

OMe

O

HO Me

O

CO2HOH

OH

411J

Feng  Zhang  @  Wipf  Group                                                                                                                            Page  6 of  12                                                                                                                                                                                      04/20/2013�

Page 7: Syntheses(of(Xanthofulvin(and(Vinaxanthone ...ccc.chem.pitt.edu/wipf/Current Literature/Feng_2.pdfPivO Me 2NCH(OMe)2 DME, 85 °C, 62% tBuO 2C MOMO OH O PivO NMe 2 O O O Me OH O Me

Synthesis  of  intermediate  15�

Feng  Zhang  @  Wipf  Group                                                                                                                            Page  7 of  12                                                                                                                                                                                      04/20/2013�

tBuO2C

MOMO OH

OPivO

NMe2

9 (enaminone)

I2, CHCl3, rt60%

tBuO2C

MOMO

PivO

12 (iodochromone)

O

OI

OH

MePdCl2(PPh3)2, CuI, iPr2NH

64%

tBuO2C

MOMO

PivO

13

O

OOH

Me

PDC

DCM, rt, 56%

tBuO2C

MOMO

PivO

14 (ynone)

O

OO

Me

NaH, -78 °C, 83%

Me OMe

O OtBuO2C

MOMO

PivO

O

O

OR

O

OMe

Me

R = Me 15

R = H 16

NaOH, 87%

pentasubstituted arene

Page 8: Syntheses(of(Xanthofulvin(and(Vinaxanthone ...ccc.chem.pitt.edu/wipf/Current Literature/Feng_2.pdfPivO Me 2NCH(OMe)2 DME, 85 °C, 62% tBuO 2C MOMO OH O PivO NMe 2 O O O Me OH O Me

Proposed  mechamism  of  ynone  (14)  genera?ng  intermediate  (15) �

Feng  Zhang  @  Wipf  Group                                                                                                                            Page  8 of  12                                                                                                                                                                                      04/20/2013�

tBuO2C

MOMO

PivO

O

O

14

Me

O

OMe

OH

tBuO2C

MOMO

PivO

O

O

OMe

O

MeOH

β eliminationMichael addition

tBuO2C

MOMO

PivO

OH

O

MeO

OMe

O

6-exo-dig

tBuO2C

MOMO

PivO

O

O

OMe

O

MeOO

Me

tautomerization6π electrocyclization

β elimination

Me

O

Me

O

Me

O

H+

H

H+

tBuO2C

MOMO

PivO

O

O

OMe

O

MeOO

Me

tBuO2C

MOMO

PivO

O

O

OMe

O

MeOH

tBuO2C

MOMO

PivO

O

O

OMe

O

Me

OMe OMe

15

Page 9: Syntheses(of(Xanthofulvin(and(Vinaxanthone ...ccc.chem.pitt.edu/wipf/Current Literature/Feng_2.pdfPivO Me 2NCH(OMe)2 DME, 85 °C, 62% tBuO 2C MOMO OH O PivO NMe 2 O O O Me OH O Me

Comple?on  of  the  synthesis  of  xanthofulvin  (1) �

Feng  Zhang  @  Wipf  Group                                                                                                                            Page  9 of  12                                                                                                                                                                                      04/20/2013�

tBuO2C

MOMO

PivO

O

O

OH

O

Me

OMe

16

tBuO2C

MOMO

PivO

OH

O

+NMe2

9 (enaminone)

HBTU, iPr2NEt, DMF88%

tBuO2C

MOMO

PivO

O

O

O

O

Me

OMe

O

Me2N

OMOMOPiv

CO2tBu

tBuO2C

MOMO

PivO

O

O O

Me

OMe

O

O

NMe2

CO2tBuOPiv

OMOM

pyr.HClMeCN, 65 °C

68%

tBuO2C

MOMO

PivO

O

O O

Me

OMe

O

O CO2tBuOPiv

OMOM

17

18 (diketone) 19

1. NaBH3CN

2. BCl3, DMF89% two steps

O

HO2CHO

HO

O

OMe

Me

OH

O

O CO2HOH

OH

xantofulvin (1)

Page 10: Syntheses(of(Xanthofulvin(and(Vinaxanthone ...ccc.chem.pitt.edu/wipf/Current Literature/Feng_2.pdfPivO Me 2NCH(OMe)2 DME, 85 °C, 62% tBuO 2C MOMO OH O PivO NMe 2 O O O Me OH O Me

Outgrowth   of   GFP-­‐labled   cholinergic   neurons   in   vivo   in   C.   elegans   a]er  treatment  with  dibutyryl  cAMP,  xanthofulvin,  and  vinaxanthone.   �

Feng  Zhang  @  Wipf  Group                                                                                                                            Page  10 of  12                                                                                                                                                                                  04/20/2013�

Control:  0.2%  DMSO  in  M9  buffer�

Page 11: Syntheses(of(Xanthofulvin(and(Vinaxanthone ...ccc.chem.pitt.edu/wipf/Current Literature/Feng_2.pdfPivO Me 2NCH(OMe)2 DME, 85 °C, 62% tBuO 2C MOMO OH O PivO NMe 2 O O O Me OH O Me

Conclusions  

•  The  first  report  of  the  total  synthesis  of  natural  product  xanthofulvin.      

•  The   steps   for   total   synthesis   of   vinaxanthone   are   shorter   than   previous  medthods  

•  A  highly  regioselecGve  Diels–Alder  reacGon  of  an  ynone  ester.  

•  Tandem  reacGon   sequences   for   the   formaGon  of   vinaxanthone   from  5,6-­‐dehydropolivione.  

•  An   HBTU-­‐mediated   coupling   of   carboxylic   acid   derivaGve   and   ortho  hydroxy   enaminone   with   subsequent   O-­‐to-­‐C   transfer,   bringing   two  funcGonalized  fragments  together  

Feng  Zhang  @  Wipf  Group                                                                                                                            Page  11 of  12                                                                                                                                                                                      04/20/2013�

Page 12: Syntheses(of(Xanthofulvin(and(Vinaxanthone ...ccc.chem.pitt.edu/wipf/Current Literature/Feng_2.pdfPivO Me 2NCH(OMe)2 DME, 85 °C, 62% tBuO 2C MOMO OH O PivO NMe 2 O O O Me OH O Me

Thanks!�

Feng  Zhang  @  Wipf  Group                                                                                                                            Page  12 of  12                                                                                                                                                                                      04/20/2013�