Legame calcogeno

Nature Communications volume 13, numero articolo: 4793 (2022) Citare questo articolo

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L'isomerizzazione conformazionale può essere guidata da interazioni deboli come le interazioni di legame calcogeno (ChB). Qui riportiamo una strategia catalitica per l'accesso asimmetrico ai solfossidi chirali impiegando interazioni di isomerizzazione conformazionale e legame calcogeno. La reazione coinvolge un solfossido che porta due porzioni aldeidiche come substrato che, secondo l'analisi strutturale e i calcoli DFT, esiste come una miscela racemica a causa della presenza di un legame calcogeno intramolecolare. Questo legame calcogeno formato tra l'aldeide (atomo di ossigeno) e il solfossido (atomo di zolfo), induce un effetto di blocco conformazionale, rendendo così il solfossido simmetrico come un racemato. In presenza di carbene N-eterociclico (NHC) come catalizzatore, la porzione aldeidica attivata dal legame calcogeno reagisce selettivamente con un alcol per fornire i corrispondenti prodotti solfossido chirale con eccellenti purezze ottiche. Questa reazione comporta un processo di risoluzione cinetica dinamica (DKR) abilitato dal bloccaggio conformazionale e dalla facile isomerizzazione mediante interazioni di legame calcogeno.

Le interazioni non covalenti basate sul legame idrogeno1,2,3 e sul legame alogeno4,5,6,7 rappresentano una modalità di attivazione potente e promettente nella sintesi catalitica. Tuttavia, il legame calcogeno è una nuova classe di interazioni deboli non covalenti tra l'atomo di calcogeno (S, Se, Te) e la base di Lewis (Fig. 1a), che ha attirato l'attenzione solo negli ultimi anni8,9,10. Nei sistemi viventi, le interazioni del legame calcogeno svolgono un ruolo cruciale nella regolazione delle conformazioni proteiche11 e nel preservare alcune attività enzimatiche12,13 (Fig. 1b). Queste interazioni sono state studiate anche nei settori della chimica dello stato solido14, del riconoscimento degli anioni15,16,17, dell'assemblaggio supramolecolare18,19,20 e della progettazione di farmaci21,22. Ad esempio, si ritiene che l'effetto di blocco conformazionale indotto dai legami calcogeno migliori le bioattività di numerosi prodotti farmaceutici commerciali come Acetazolamide23 e Selenazofurin24. (Fig. 1b). In contrasto con le applicazioni relativamente ampie nella progettazione di molecole funzionali, i legami calcogeno sono molto meno esplorati come strumenti efficaci per la catalisi e la sintesi organica, specialmente nelle reazioni asimmetriche25. L'uso del legame calcogeno (ChB) per la catalisi ha ricevuto una ragionevole attenzione solo negli ultimi anni26,27. Come rivelato da Matile28,29, Huber30,31 e Wang32,33,34, la chiave è installare donatori di legami calcogeno sui catalizzatori che possono interagire con il substrato per le attivazioni catalitiche (Fig. 1c). La maggior parte del successo per una catalisi efficace deriva dalle interazioni di legame cationico del calcogeno, le cui cariche cationiche vengono introdotte per diminuire la densità elettronica dell'atomo di calcogeno per migliorare l'interazione del legame calcogeno. Nonostante questi impressionanti progressi, lo sviluppo di un’efficace catalisi del legame calcogeno rimane lento e le prove della presenza del legame calcogeno nelle reazioni catalitiche si basano principalmente su spettri NMR in situ (13C, 77Se)27,32,33,34,35, UV- analisi vis e nanoESI-MS15. Postuliamo che parte delle ragioni risiedano nelle difficoltà nella progettazione di questi complessi legati al calcogeno stabili tra catalizzatori e substrati.

un legame calcogeno (ChB). b ChB in sistemi viventi, medicinali e prodotti agrochimici. c ChB intermolecolare (cationico) nella catalisi organica. d ChB intramolecolare (neutro) del substrato come strumenti abilitanti per la sintesi asimmetrica (di solfossidi chirali). e Esempi di solfossidi chirali funzionali.

Siamo particolarmente motivati ​​dal fatto che tali interazioni intramolecolari sono ampiamente presenti (o possono essere facilmente installate) sia nelle macro18,19,20 che nelle piccole molecole di origine naturale11,12,13 o di sintesi chimica25,26,27,28,29 ,30,31,32,33,34,36. È anche incoraggiante osservare che il legame calcogeno in modo intramolecolare può essere progettato in modi facilmente prevedibili e modulari21,22,23,24. Ad esempio, Tomada et al. hanno riportato un reagente di selenenilazione chirale che porta l'interazione intramolecolare N-Se per irrigidire l'intera molecola37. Successivamente, Wirth estese questo concetto alle interazioni O-Se e ottenne la funzionalizzazione asimmetrica degli alcheni38. Inoltre, Smith et al hanno dimostrato le interazioni transitorie del legame calcogeno intramolecolare che rappresentano la forza cruciale nel controllo della stereoselettività25,39,40,41,42,43,44. Sulla base di queste applicazioni stimolanti di ChBs45,46,47,48 intramolecolari, i nostri interessi sono diretti all'impiego di interazioni di legame calcogeno intramolecolari per regolazioni conformazionali e trasformazioni chimiche selettive.