天然產物中的橋頭雙鍵結構特征

劉錕

摘要：天然產物是藥物開發的寶庫，天然產物分子的分子結構研究對藥物活性與結構修飾有重要意義。本文綜述了含有橋頭雙鍵的核心骨架的天然產物結構特征取得的一些進展。

關鍵詞：Anti-Bredt 規則;橋頭雙鍵;天然產物;

近幾十年從植物中提取到化學結構特殊的天然產物分子，有較好生理活性的天然分子Taxol（紫杉醇）[1，2]、phomactins[3]、抗生素abyssomicins B–D [4]等。其化學結構如圖1所示，這些分子不僅化學結構獨特，而且在化學全合成也極具有挑戰性，主要難點在于構建分子中橋頭雙鍵（Bridgehead Double Bonds）。

根據Bredt 規則[5]橋頭雙鍵是不可能存在的，橋頭雙鍵存在會引起一定的烯烴張力（olefin strain）[6]。雙鍵碳原子軌道雜化為sp2雜化屬于平面型的軌道覆蓋會對橋環施加較大的形變張力。已有實驗數據證實天然產物中是存在Anti-Bredt規則[7]的橋頭雙鍵的結構的存在，雖然在雙環分子中橋頭雙鍵X-ray圖譜不能直接看出雙鍵軌道覆蓋扭曲夾角（τ），但可以直接得到扭曲角φ1WC1C2Y和φ2 XC1C2Z，因為在雙環體系中的扭曲所以φ1 ≠ φ2，則扭曲夾角τ = （φ1+φ2） / 2。其橋頭雙鍵通式和軌道模型如圖2所示，

含橋頭雙鍵的天然產物分子的化學穩定性與張力大小密切相關，上世紀80年代，Schleyer 提出基于分子力場理論方法計算含有橋頭雙鍵的雙環烯烴分子的張力從而判斷分子的穩定性 [8]。通過計算機模擬將分子中成鍵原子的相互作用（Bond Stretching）、鍵角（Angle Bending）、扭曲勢能（Torsion）和非鍵作用（No-bonded interactions）計算出分子張力。他們利用MM系列分子力場計算出54個含有橋頭烯烴的分子[9]，其實驗結果與Fawcett提出S經驗值判定化學橋頭雙鍵骨架穩定性比較吻合[8][10]。

目前有該類天然產物通過單晶衍射圖譜完成了分子橋頭雙鍵鍵長（?）和扭轉夾角（τ）研究工作對化合物穩定性判定和結構鑒定有重要意義[8]。實驗數據表明，隨著橋頭雙鍵環系的增加橋頭烯烴的扭轉夾角在減小，說明橋頭雙鍵的P軌道可以更好地覆蓋，繼而增加分子的穩定性。同時在對比Taxol和crispolide[11]在同樣具有雙環[5.3.1]橋頭雙鍵核心骨架，由于雙鍵的位置異構，通過分子力場模擬計算結果也是不同的，如表1所示。

總結 隨著新的天然產物不斷發現和新的分離方法的應用，一些結構新穎的分子也被相應的發現，雖然利用現有儀器高效的完成分離和鑒定工作，但是在含有橋頭雙鍵的天然產物的提取分離和結構鑒定仍然存在一定的挑戰，主要是因為該類化合物的化學性質較活潑而結構不穩定，容易發生氧化或者重排反應，在化學合成上也存在一定的困難。同時也期待這類天然產物中發現同紫杉醇（Taxol）類似優秀的天然藥物。

參考文獻

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