Synthesis 2002(8): 0981-1003
DOI: 10.1055/s-2002-31946
REVIEW
© Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

The Chemistry and Biology of the Leptomycin Family

Markus Kalesse*, Mathias Christmann
Institut für Chemie/Organische Chemie, Freie Universität Berlin, Takustraße 3, 14195 Berlin, Germany
Fax: +49 (0)30-838-55644; e-Mail: Kalesse@chemie.fu-berlin.de;
Further Information

Publication History

Received 22 March 2002
Publication Date:
03 June 2002 (online)

Abstract

Natural products play a dominant role in providing ligands that interfere with biopolymers such as receptors or enzymes. In many cases the exact mode of action or the targets are not known and synthesis of analogs provides a more detailed insight into the mode of action and helps to identify the protein target. We discuss the synthetic endeavors that led to the synthesis of members of the leptomycin family and will provide a picture of the mode of action.

  • 1 Introduction

  • 2 Synthetic Studies

  • 2.1 Syntheses of the Lactone Fragment (C1-C6)

  • 2.2 Syntheses of Callystatin A

  • 2.3 Syntheses of Ratjadone

  • 2.4 Synthesis of Leptomycin B

  • 3 Biological Evaluation

  • 4 Summary

    References

  • 1 Hung DT. Jamison TF. Schreiber SL. Chem. Biol.  1996,  3:  623 
  • 2a Hamamoto T. Seto H. Beppu T. J. Antibiot.  1983,  36:  646 
  • 2b Hamamoto T. Uozumi T. Beppu T. J. Antibiot.  1985,  38:  1573 
  • 2c Hurley TR. Bunge RH. Willmer NE. Hokanson GC. French JC. J. Antibiot.  1986,  39:  1651 
  • 2d Schaumberg JP. Hokanson GC. French JC. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1984,  1450 
  • 2e Yoshida M. Nishikawa M. Nishi K. Abe K. Horinouchi S. Beppu T. Exp. Cell Res.  1990,  187:  150 
  • 3a Kobayashi M. Higuchi K. Murakami N. Tajima H. Aoki S. Tetrahedron Lett.  1997,  38:  2859 
  • 3b Murakami N. Wang W. Aoki S. Kobayashi M. Tetrahedron Lett.  1997,  38:  5533 
  • 4a Gerth K. Schummer D. Höfle G. Irschik H. Reichenbach H. J. Antibiot.  1995,  48:  973 
  • 4b Schummer D. Gerth K. Reichenbach H. Höfle G. Liebigs Ann.  1995,  685 
  • 5a Komiyama K. Okada K. Oka H. Tomisaka S. Miyano T. Funayama S. Umezawa I. J. Antibiot.  1985,  38:  220 
  • 5b Komiyama K. Okada K. Hirokawa Y. Masuda K. Tomisaka S. Umezawa I. J. Antibiot.  1985,  38:  224 
  • 6a Hayakawa Y. Adachi K. Komeshima N. J. Antibiot.  1987,  40:  1349 
  • 6b Hayakawa Y. Sohda K. Shin-ya K. Hidaka T. Seto H. J. Antibiot.  1995,  48:  954 
  • 7 Hayakawa Y. Sohda K. Seto H. J. Antibiot.  1996,  49:  980 
  • 8a Abe K. Yoshida M. Horinouchi S. Beppu T. J. Antibiot.  1993,  46:  728 
  • 8b Abe K. Yoshida M. Naoki H. Horinouchi S. Beppu T. J. Antibiot.  1993,  46:  735 
  • 10 Murakami N. Wang W. Aoki M. Tsutsui Y. Sugimoto M. Kobayashi M. Tetrahedron Lett.  1998,  39:  2349 
  • 11 Hayakawa Y. Sohda K.-Y. Shin-Ya K. Hidaka T. Seto H. J. Antibiot.  1995,  48:  954 
  • 12 Nishi K. Yoshida M. Fujiwara D. Nishikawa M. Horinouchi S. Beppu T. J. Biol. Chem.  1994,  269:  6320 
  • For example see: Fostriecin:
  • 13a Boger DL. Ichikawa S. Zhong W. J. Am. Chem. Soc.  2001,  123:  4161 
  • 13b Chavez DE. Jacobsen EN. Angew. Chem. Int. Ed.  2001,  40:  3667 ; Angew. Chem. 2001, 113, 3779
  • 13c Pironetin: Yasui K. Tamura Y. Nakatani T. Horibe I. Kawada K. Koizumi K. Suzuki R. Ohtani M. J. Antibiot.  1996,  49:  173 
  • 13d See also: Keck GE. Knutson CE. Wiles S. A. Org. Lett.  2001,  3:  707 
  • 14 Murakami N. Wang W. Aoki M. Tsutsui Y. Higuchi K. Aoki S. Kobayashi M. Tetrahedron Lett.  1997,  38:  5533 
  • 15 Mancuso AJ. Swern D. Synthesis  1981,  165 
  • For earlier approaches see:
  • 16a Carretero JC. Ghosez L. Tetrahedron Lett.  1988,  29:  2059 
  • 16b Tsubuki M. Kanai K. Honda T. Heterocycles  1993,  35:  281 
  • 16c Boger DL. Hikota M. Lewis BM. J. Org. Chem.  1997,  62:  1748 
  • 17 Murakami N. Wang W. Aoki M. Tsutsui Y. Sugimoto M. Kobayashi M. Tetrahedron Lett.  1998,  39:  2349 
  • 18 Williams DR. Ihle DC. Plummer SV. Org. Lett.  2001,  3:  1883 
  • 19 Crimmins MT. King BW. J. Am. Chem. Soc.  1998,  120:  9084 
  • 20 Grubbs RH. Miller SJ. Fu GC. Acc. Chem. Res.  1995,  28:  446 
  • 21 Bauer T. Chapuis C. Jezewski A. Kozak J. Jurczak J. Tetrahedron: Asymmetry  1996,  7:  1391 
  • 22 Mikami K. Motoyama Y. Tereda M. J. Am. Chem. Soc.  1994,  116:  2812 
  • 23 Smith AB. Brandt BM. Org. Lett.  2001,  3:  1685 
  • 24 Mitsunobu O. Synthesis  1981, 
  • 25 Blakemore PR. Cole WJ. Kocienski PJ. Morley A. Synlett  1998,  26 
  • 26 Julia M. Launay J. Verpeaux S. Verpeaux J. Tetrahedron Lett.  1982,  23:  2465 
  • 27a Jørgensen KA. Angew. Chem. Int. Ed.  2000,  39:  3558 ; Angew. Chem. 2000, 112, 3702
  • 27b Dossetter AG. Jamison TF. Jacobsen EN. Angew. Chem. Int. Ed.  1999,  38:  2398 ; Angew. Chem. 1999, 111, 2549
  • 28 Quitschalle M. Christmann M. Bhatt U. Kalesse M. Tetrahedron Lett.  2001,  42:  1263 
  • 29a Christmann M. Bhatt U. Quitschalle M. Claus E. Kalesse M. Angew. Chem., Int. Ed.  2000,  39:  4364 ; Angew. Chem. 2000, 112, 4535
  • 29b Bhatt U. Christmann M. Quitschalle M. Claus E. Kalesse M. J. Org. Chem.  2001,  66:  1885 
  • 31 Vicario JL. Job A. Wolberg M. Müller M. Enders D. Org. Lett.  2002,  4:  1023 
  • 32a Wolberg M. Hummel W. Wandrey C. Müller M. Angew. Chem., Int. Ed. Engl.  2000,  39:  4306 
  • 32b Wolberg M. Hummel W. Müller M. Chem.- Eur. J.  2001,  7:  4562 
  • 33 Kalesse M. Quitschalle M. Chary KP. Saeed A. Org. Lett.  2001,  3:  3107 
  • 34a Marshall JA. Schaaf GM. J. Org. Chem.  2001,  66:  7825 
  • 34b Marshall JA. Fitzgerald RN. J. Org. Chem.  1999,  64:  4477 
  • 35a Dias LC. Meira PRR. Tetrahedron Lett.  2002,  185 
  • 35b Dias LC. Meira PRR. Tetrahedron Lett.  2002,  43:  1593 
  • 36 Tamura R. Daegusa K. Kakihana M. Oda D. J. Org. Chem.  1988,  53:  2723 
  • 37 Still WC. Gennari C. Tetrahedron Lett.  1983,  24:  4405 
  • 38 Ando K. J. Org. Chem.  1997,  62:  1934 
  • 39 Crimmins MT. King BW. Tabet EA. J. Am. Chem. Soc.  1997,  119:  7883 
  • 40 Evans DA. Clark JS. Metternich R. Novak VJ. Sheppard GS. J. Am. Chem. Soc.  1990,  112:  866 
  • 41a Enders D. In Asymmetric Synthesis   Vol. 3:  Morrison JD. Academic Press; Orlando: 1984.  p.275 
  • 41b Enders D. Klatt M. In Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis   Vol. 1:  Paquette LA. Wiley; Chichester: 1995.  p.178 
  • 42 White JD. Bolton DL. Dantanarayana AP. Fox CMJ. Hiner RN. Jackson RW. Sakuma K. Warrier US. J. Am. Chem. Soc.  1995,  117:  1908 
  • 43a Overman LE. Robinson LA. Zablocki J. J. Am. Chem. Soc.  1992,  114:  368 
  • 43b Schinzer D. Bauer A. Schieber J. Synlett  1998,  861 
  • 44a Griffith WP. Ley SV. Aldrichimica Acta  1990,  23:  13 
  • 44b Ley SL. Norman J. Griffith WP. Marsden SP. Synthesis  1994,  639 
  • 45 Corey EJ. Fuchs PL. Tetrahedron Lett.  1972,  36:  3769 
  • 46 Schwartz J. Labinger JA. Angew. Chem., Int. Ed. Engl.  1976,  15:  333 ; Angew. Chem. 1976, 88, 402
  • 47a Zimmerman HE. Traxler MD. J. Am. Chem. Soc.  1957,  79:  1920 
  • 47b Li Y. Paddon-Row MN. Houk KN. J. Am. Chem. Soc.  1988,  110:  3684 
  • For similar stereodifferentiation see:
  • 48a Evans DA. Rieger DL. Bilodeau MT. Urpi F. J. Am. Chem. Soc.  1991,  113:  1047 
  • 48b Roush WR. J. Org. Chem.  1991,  56:  4151 
  • 48c Evans DA. Ng HP. Rieger DL. J. Am. Chem. Soc.  1993,  115:  11446 
  • For more applications of allenylstannanes see:
  • 49a Marshall JA. Lu Z.-H. Johns BA. J. Org. Chem.  1998,  63:  817 
  • 49b Marshall JA. Adams ND. J. Org. Chem.  1998,  63:  3812 
  • 49c For the application in the total synthesis of discodermolide see: Marshall JA. Jones BA. J. Org. Chem.  1998,  63:  7885 
  • 50 Gilbert SC. Weerasooriya U. J. Org. Chem.  1979,  44:  4997 
  • 52a Dess DB. Martin JC. J. Org. Chem.  1983,  48:  4155 
  • 52b Dess DB. Martin JC. J. Am. Chem. Soc.  1991,  113:  7277 
  • 52c Meyer SD. Schreiber SL. J. Org. Chem.  1994,  59:  7549 
  • 53a Saito S. Itoh H. Ono Y. Nishioka K. Moriwake T. Tetrahedron: Asymmetry  1993,  4:  5 
  • 53b Jorgensen KB. Koshino H. Nakata T. Heterocycles  1998,  47:  679 
  • 54 For a different approach in the synthesis of lasonolid A see: Lee E. Song HY. Kang JW. Kim D.-S. Joo JM. J. Am. Chem. Soc.  2002,  124:  384 
  • 55 Evans DA. Rieger DL. Jones TK. Kaldor SW. J. Org. Chem.  1990,  55:  6260 
  • 56a Brown HC. Jadhav PK. J. Am. Chem. Soc.  1983,  105:  2092 
  • 56b Brown HC. Bhat KS. Randad RS. J. Org. Chem.  1989,  54:  1570 
  • 57a Andrus MB. Lepore SD. Sclafani JA. Tetrahedron Lett.  1997,  38:  4043 
  • 57b Xu D. Crispino GA. Sharpless KB. J. Am. Chem. Soc.  1992,  114:  7570 
  • 58 For an excellent review see: Casiraghi G. Zanardi F. Appendino G. Rassu G. Chem. Rev.  2000,  100:  1929 
  • 59a Evans DA. Black WC. J. Am. Chem. Soc.  1993,  115:  4497 
  • 59b Paterson I. Smith JD. Ward RA. Tetrahedron  1995,  51:  9413 
  • 59c Mutou T. Suenaga K. Fujita T. Itoh T. Takada N. Hayamizu K. Kigoshi H. Yamada K. Synlett  1997,  199 
  • 60 Christmann M. Kalesse M. Tetrahedron Lett.  1999,  40:  7201 
  • 61a Christmann M. Kalesse M. Tetrahedron Lett.  2001,  42:  1269 
  • 61b Hassfeld J. Christmann M. Kalesse M. Org. Lett.  2001,  3:  3561 
  • 62 Gao Y. Hanson RM. Klunder JM. Ko SY. Masamune H. Sharpless KB. J. Am. Chem. Soc.  1987,  109:  5765 
  • 63 Tebbe FN. Parshall GW. Reddy GS. J. Am. Chem. Soc.  1978,  100:  3611 
  • 64 Baker R. Brimble MA. Tetrahedron Lett.  1986,  27:  3311 
  • 65a Negishi E. Van Horn DE. King AO. Okukado N. Synthesis  1979,  501 
  • 65b Rand CL. Van Horn DE. Moore MW. Negishi E. J. Org. Chem.  1981,  46:  4093 
  • 65c Negishi E. Van Horn DE. Yoshida T. J. Am. Chem. Soc.  1985,  107:  6639 
  • 65d Wender PA. Tebbe MJ. Synthesis  1991,  1089 
  • 66 Jeffery T. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1984,  1287 
  • 67a Plé PA. Hamon A. Jones G. Tetrahedron  1997,  53:  3395 
  • 67b Kobayashi M. Wang W. Tsutsui Y. Sugimoto M. Murakami M. Tetrahedron Lett.  1998,  39:  8291 
  • 68 Evans DA. Ennis MD. Mathre DJ. J. Am. Chem. Soc.  1982,  104:  1737 
  • 69a Wipf P. Xu W. Tetrahedron Lett.  1994,  35:  5197 
  • 69b Wipf P. Ribe S. J. Org. Chem.  1998,  63:  6454 
  • 70a Terashima S. Tanno N. Koga K. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1980,  1026 
  • 70b Terashima S. Tanno N. Koga K. Chem. Lett.  1980,  981 
  • 71a Murakami N. Sugimoto M. Nakajima T. Kawanishi M. Tsutsui Y. Kobayashi M. Bioorg Med. Chem.  2000,  2651 
  • 71b Murakami N. Sugimoto M. Kobayashi M. Bioorg Med. Chem.  2001,  57 
  • 72 Kuhnt M. Bitsch F. Ponelle M. Sanglier JJ. Wang Y. Wolff B. Appl. Environ. Microbiol.  1998,  64:  714 
  • 73 Kudo N. Wolff B. Sekimoto T. Schreiner EP. Yoneda Y. Yanagida M. Horinouchi S. Yoshida M. Exp. Cell Res. 1  998,  242:  540 
  • 74a Kudo N. Matsumori N. Taoka H. Fujiwara D. Schreiner EP. Wolf B. Yoshida M. Horinouchi S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.  1999,  96:  9112 
  • 74b Neville M. Rosbash M. EMBO J  1999,  18:  3746 
  • 74c Yamaga M. Fujii M. Kamata H. Hirata H. Yagisawa H. J. Biol. Chem.  1999,  274:  28537 
  • For reviews on strain situations in organic chemistry see:
  • 75a Hoffmann RW. Angew. Chem. Int. Ed. Engl.  1992,  31:  1124 ; Angew. Chem. 1992, 104: 1147
  • 75b Hoffmann RW. Angew. Chem. Int. Ed.  2000,  39:  2054 ; Angew. Chem. 2000, 112, 2134
  • 76 For the first synthetic example where an allylic strain situation governs the conformational changes and thereby induces the biological activity see: Hoffmann RW. Ladner W. Steinbach K. Massa W. Schmidt R. Snatzke G. Chem. Ber.  1981,  114:  2786 
  • 77 Kalesse M. Christmann M. Bhatt U. Quitschalle M. Claus E. Saeed A. Burzlaff A. Kasper C. Haustedt L.-O. Hofer E. Scheper T. Beil W. ChemBiochem  2001,  709 
  • 78 A similar conformation was reported by: Smith AB. LaMarche MJ. Falcone-Hindley M. Org. Lett.  2001,  695 
  • 79 Lain S. Midgley C. Sparks A. Lane EB. Lane DP. Exp. Cell Res.  1999,  457 
9

(-)-Callystatin A was isolated from the marine sponge Callyspongia truncata collected from Goto Islands, Japan. Ratjadone was isolated from the myxobacteria Sorangium cellulosum collected at Cala Ratjada Mallorca, Spain. Leptolstatin was isolated from Streptomyces sp. SAM 1595 Leptomycin was isolated from Streptomyces sp. ATS1287.

30

Marshall, J. A.; Bourbeau, M. P. J. Org. Chem. 2002, ASAP article.

51

Attempts to selectively cleave the seemingly more labile TMS group at C17 at a later stage failed an afforded a triol.