カルコゲン結合 | カタリスト株式会社

Nature Communications volume 13、記事番号: 4793 (2022) この記事を引用

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構造異性化は、カルコゲン結合 (ChB) 相互作用などの弱い相互作用によって引き起こされる可能性があります。今回我々は、立体構造異性化とカルコゲン結合相互作用を利用して、キラルスルホキシドに不斉アクセスするための触媒戦略を報告する。この反応には、基質として 2 つのアルデヒド部分を持つスルホキシドが含まれます。構造解析と DFT 計算によると、分子内カルコゲン結合の存在により、このスルホキシドはラセミ混合物として存在します。アルデヒド (酸素原子) とスルホキシド (硫黄原子) の間に形成されるこのカルコゲン結合は、立体構造のロック効果を誘発し、対称的なスルホキシドをラセミ体として形成します。触媒としての N-複素環式カルベン (NHC) の存在下では、カルコゲン結合によって活性化されたアルデヒド部分がアルコールと選択的に反応し、優れた光学純度を備えた対応するキラルスルホキシド生成物が得られます。この反応には、立体構造のロックとカルコゲン結合相互作用による容易な異性化によって可能になる動的速度論的分割 (DKR) プロセスが含まれます。

水素結合 1,2,3 およびハロゲン結合 4,5,6,7 に基づく非共有結合相互作用は、触媒合成における強力で有望な活性化モードを表します。しかし、カルコゲン結合は、カルコゲン原子 (S、Se、Te) とルイス塩基の間の新しいクラスの弱い非共有結合相互作用であり (図 1a)、近年になってようやく注目を集めました 8,9,10。生体システムでは、カルコゲン結合相互作用は、タンパク質の立体構造の制御 11 と特定の酵素活性の維持 12、13 において重要な役割を果たしています（図 1b）。これらの相互作用は、固体化学 14、アニオン認識 15、16、17、超分子集合 18、19、20、および薬物設計 21、22 の分野でも研究されています。たとえば、カルコゲン結合によって誘発される構造ロック効果は、アセタゾラミド 23 やセレナゾフリン 24 などの複数の市販医薬品の生物活性を強化すると考えられています。 (図1b)。機能性分子の設計における比較的幅広い応用とは対照的に、カルコゲン結合は、特に不斉反応における触媒作用や有機合成の有効なツールとしてあまり研究されていません 25。触媒としてのカルコゲン結合 (ChB) の使用が合理的な注目を集めるようになったのは、近年になってからです 26,27。 Matile28,29、Huber30,31、および Wang32,33,34 によって開示されているように、重要なのは、触媒活性化のために基板と相互作用できるカルコゲン結合ドナーを触媒に取り付けることです (図 1c)。効果的な触媒作用の成功のほとんどは、カチオン性カルコゲン結合相互作用によるもので、カチオン電荷を導入してカルコゲン原子の電子密度を減少させ、カルコゲン結合相互作用を強化します。これらの目覚ましい進歩にもかかわらず、効果的なカルコゲン結合触媒の開発は依然として遅れており、触媒反応におけるカルコゲン結合の存在の証拠は主にその場 NMR スペクトル (13C、77Se)27、32、33、34、35、UV- に依存しています。 vis および nanoESI-MS15 分析。我々は、その理由の一部は、触媒と基板との間で安定したカルコゲン結合錯体を設計する際の困難さにあると仮定する。

カルコゲン結合 (ChB)。 b 生体システム、医薬品、農薬における ChB。 c 有機触媒における分子間 (カチオン性) ChB。 d （キラルスルホキシドの）不斉合成を可能にするツールとしての基質の分子内（中性）ChB。 e 官能性キラルスルホキシドの例。

私たちは、このような分子内相互作用がマクロ 18,19,20 と天然起源の小分子 11,12,13 または化学合成 25,26,27,28,29 の両方に広く存在する (または容易に組み込むことができる) という事実に特に動機付けられています。、30、31、32、33、34、36。また、分子内方式でのカルコゲン結合が容易に予測可能なモジュール方式で設計できることを観察することも心強いです 21、22、23、24。例えば、Tomadaらは、分子内N-Se相互作用を担って分子全体を剛体化するキラルセレネニル化試薬を報告した37。その後、Wirth はこの概念を O-Se 相互作用に拡張し、アルケンの不斉官能化を達成しました 38。さらに、一時的な分子内カルコゲン結合相互作用は、立体選択性の制御において重要な力であることが Smith らによって証明されています 25,39,40,41,42,43,44。分子内 ChB45、46、47、48 のこれらの示唆に富む応用に基づいて、我々の関心は、構造制御と選択的化学変換のための分子内カルコゲン結合相互作用の利用に向けられています。

99:1 er; Fig. 2). The remaining aldehyde unit in our sulfoxide product 3a could be easily converted to a diverse set of functional groups (Fig. 3a). For instance, the hydrogen of aldehyde could be deuterated61 catalyzed by achiral NHC in the presence of D2O to afford 100% deuterated 4a in 77% yield and without the loss of optical purity. Moreover, the formyl group could be cyanation62 and thioesterification catalyzed by achiral NHC with high er values (4b, 4c). Enantioenriched terminal alkyne 4d and alkene 4e were synthesized efficiently by means of Seyferth–Gilbert reaction63 and Wittig reaction64, respectively. Chiral sulfoxide 3a reacted with L–valinol65 generated oxazolines 4g was very similar to the SOX type ligands66,67 (Fig. 1e). Noteworthily, the chiral sulfoxide 4h and its analogues have been proven as a chiral ligand and catalyst in several asymmetric synthesis59. It could be easily synthesized from 3a via reductive amination reaction as well as its analogues. Furthermore, 3a underwent hydrolysis of the ester group and subsequent reductive amination of the formyl group with BnNH2 to afford an unnatural amino acid 4i bearing a chiral sulfoxide center with good yield and excellent er value. Combination of 3a with Ellman auxiliary68 accessed to a chiral disulfoxide product 4j efficiently via a concise condensation reaction with 90% yield./p> 99:1 er)./p>

3.0.CO;2-2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F1521-3765%2820020301%298%3A5%3C1118%3A%3AAID-CHEM1118%3E3.0.CO%3B2-2" aria-label="Article reference 48" data-doi="10.1002/1521-3765(20020301)8:53.0.CO;2-2"Article CAS PubMed Google Scholar /p>