Халькогенная связь

Nature Communications, том 13, номер статьи: 4793 (2022) Цитировать эту статью

6188 Доступов

7 цитат

6 Альтметрика

Подробности о метриках

Конформационная изомеризация может направляться слабыми взаимодействиями, такими как взаимодействия халькогенной связи (ChB). Здесь мы сообщаем о каталитической стратегии асимметричного доступа к хиральным сульфоксидам путем использования конформационной изомеризации и взаимодействий халькогенных связей. В реакции участвует сульфоксид, несущий в качестве субстрата два альдегидных фрагмента, который, согласно структурному анализу и расчетам DFT, существует в виде рацемической смеси благодаря наличию внутримолекулярной халькогенной связи. Эта халькогенная связь, образующаяся между альдегидом (атомом кислорода) и сульфоксидом (атомом серы), вызывает эффект конформационного замыкания, превращая симметричный сульфоксид в рацемат. В присутствии N-гетероциклического карбена (NHC) в качестве катализатора альдегидная группа, активированная халькогенной связью, селективно реагирует со спиртом с образованием соответствующих хиральных сульфоксидных продуктов с превосходной оптической чистотой. Эта реакция включает в себя процесс динамического кинетического разрешения (DKR), обеспечиваемый конформационным запиранием и легкой изомеризацией за счет взаимодействий халькогенных связей.

Нековалентные взаимодействия, основанные на водородной связи1,2,3 и галогенной связи4,5,6,7, представляют собой мощный и многообещающий способ активации в каталитическом синтезе. Однако халькогенная связь представляет собой новый класс слабых нековалентных взаимодействий между атомом халькогена (S, Se, Te) и основанием Льюиса (рис. 1а), который привлек внимание лишь в последние годы8,9,10. В живых системах взаимодействия халькогенных связей играют решающую роль в регуляции конформации белков11 и сохранении определенных ферментативных активностей12,13 (рис. 1b). Эти взаимодействия также изучались в области химии твердого тела14, распознавания анионов15,16,17, супрамолекулярной сборки18,19,20 и разработки лекарств21,22. Например, считается, что эффект конформационного замыкания, вызванный халькогенными связями, усиливает биоактивность многих коммерческих фармацевтических препаратов, таких как ацетазоламид23 и селеназофурин24. (рис. 1б). В отличие от относительно широкого применения в дизайне функциональных молекул, халькогенные связи гораздо менее изучены как эффективные инструменты катализа и органического синтеза, особенно в асимметричных реакциях25. Использование халькогенной связи (ХБ) для катализа привлекло внимание только в последние годы26,27. Как показали Matile28,29, Huber30,31 и Wang32,33,34, ключом является установка доноров халькогенной связи в катализаторы, которые могут взаимодействовать с субстратом для каталитической активации (рис. 1c). Большая часть успеха эффективного катализа связана с взаимодействиями катионных халькогенных связей, при которых катионные заряды вводятся для уменьшения электронной плотности атома халькогена и усиления связывающего халькогенного взаимодействия. Несмотря на эти впечатляющие достижения, развитие эффективного катализа халькогенной связи остается медленным, и доказательства присутствия халькогенной связи в каталитических реакциях в основном основаны на спектрах ЯМР in situ (13C, 77Se)27,32,33,34,35, УФ- анализ vis и nanoESI-MS15. Мы полагаем, что часть причин кроется в трудностях создания устойчивых халькогенсвязанных комплексов между катализаторами и подложками.

Халькогенная связь (ХБ). б ХБ в живых системах, лекарственных препаратах и ​​агрохимикатах. в Межмолекулярный (катионный) ХБ в органическом катализе. г Внутримолекулярный (нейтральный) ХБ субстрата как инструмент асимметричного синтеза (хиральных сульфоксидов). д Примеры функциональных хиральных сульфоксидов.

Нас особенно мотивирует тот факт, что такие внутримолекулярные взаимодействия широко присутствуют (или могут быть легко установлены) как в макро18,19,20, так и в малых молекулах природного происхождения11,12,13 или химического синтеза25,26,27,28,29 ,30,31,32,33,34,36. Также обнадеживает тот факт, что внутримолекулярные связи халькогена могут создаваться легко предсказуемыми и модульными способами21,22,23,24. Например, Томада и др. сообщили о хиральном реагенте селененилирования, обеспечивающем внутримолекулярное взаимодействие N-Se для придания жесткости всей молекуле37. Впоследствии Вирт расширил эту концепцию на взаимодействия O-Se и добился асимметричной функционализации алкенов38. Более того, Смит и др. доказали, что временные внутримолекулярные связывающие взаимодействия халькогена являются решающей силой в контроле стереоселективности25,39,40,41,42,43,44. Основываясь на этих заставляющих задуматься применениях внутримолекулярных ChBs45,46,47,48, наши интересы направлены на использование внутримолекулярных связей халькогенов для конформационной регуляции и селективных химических превращений.