【Nat. Chem.】 对映选择性六价硫氟交换反应

文摘   教育   2024-02-19 07:49   德国  



点击化学(Click chemistry)是由美国化学家Sharpless教授在2001年引入的一个合成概念,主旨是通过小单元的拼接,来快速可靠地完成各种分子的化学合成,是对自然界有机合成的模仿。点击化学的一个核心点是使反应尽可能的简单高效,任何人都能通过点击反应来实现分子的多样性,进而实现其功能。六价硫氟化物具有高化学稳定性,但在特定活化的条件下又能高效地实现其化学键转化和链接。基于六价S–F键独特的性质,Sharpless与董佳家等人于2014年携手开发了新一代的点击化学—六价硫氟交换(SuFEx)。SuFEx可在无金属条件下进行,这对生物化学的应用至关重要;而且链接形式灵活多样,可允许不同类型的SuFEx链接子与亲核试剂偶联实现高价硫化合物库的构筑。近日,湖南大学高兵教授、上海交通大学董佳家教授和上海有机所薛小松教授等人合作发展了一种基于四氟氧化硫气体(SOF4)的不对称三维硫(VI)氟交换 (3D-SuFEx) 反应,促进了手性版本SuFEx化学的发展。该研究成果发表在Nat. Chem.上(0.1038/s41557-024-01452-w),题目为:Enantioselective sulfur(VI) fluoride exchange reaction of iminosulfur oxydifluorides。






【六价硫氟交换反应(SuFEx)】硫原子具有+2、+4和+6等多种氧化态,其中六价硫化合物稳定性好,并且在医药和材料等领域应用广泛。六价硫氟化物具有高化学稳定性,但在特定活化的条件下又能高效地实现其化学键转化和链接,并且具有十分好的化学选择性。2014年,Sharpless和董佳家等人在Angew上以Review的形式发表了长篇研究论文“Sulfur(VI) Fluoride Exchange (SuFEx): Another Good Reaction for Click Chemistry”,对六价硫氟交换反应进行了详细介绍。六价硫氟化合物(如RSO2F, SO2F2)在大多数情况下都十分稳定,SO2F2在工业上甚至被大量用于杀虫熏蒸剂,然而在N和O等亲核试剂作用下能选择性的实现S-F键官能团化反应。总的来说,六价硫氟交换反应在有机合成领域具有重要的应用价值,可以用于合成各种含氟化合物,为药物开发、材料设计等领域提供了重要的工具和方法。


【四氟氧化硫SOF4SOF4是3D六价硫氟交换反应的重要链接子,在药物分子和相关试剂中间体的合成中应用潜力很大。四氟氧化硫(SOF4)的最早文献可以追溯到1902年,Moissan和Lebeau利用氟化亚砜和氟气首次合成得到了四氟氧化硫。四氟氧化硫性质比较活泼,与水反应会生成氢氟酸、氟磺酸和硫酰氟;和强碱反应,生成氟化物和氟磺酸盐。四氟氧化硫(SOF4)一般存储在气体钢瓶当中,另外其在乙腈(MeCN)等溶液中溶解度较好,可将其配成溶液使用,注意其对玻璃具有一定腐蚀性,需使用聚四氟乙烯内衬的反应瓶。四氟氧化硫(SOF4)在亚砜亚胺相关分子的合成当中效率比较高,可以用于许多生物活性分子的合成当中。

四氟氧化硫(SOF4)的制备条件一般比较苛刻,报道的主要有以下几种:①六氟化硫在空气中加热到400 oC;②氟化亚砜和二氟化银在200°C下反应;③二氧化氮催化 四氟化硫和氧气在200°C反应。四氟氧化硫(SOF4)作为新一代点击化学的常用试剂,具有高产率和高选择性等优势,可以用于药物分子中亚砜亚胺骨架的引入。

2018年,Scripps研究所的Peng Wu和K. Barry Sharpless等人以四氟氧化硫(SOF4)作为六价硫氟交换(SuFEx)试剂,成功实现了系列氟磺酸酯修饰的药物分子的合成,并对其生物活性进行了研究,证明了六价硫氟交换有望用于药物分子后期官能团化当中( J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 8, 2919–2925)。


【本文的工作】亚砜亚胺类分子在医药、农药、生物探针、催化和聚合物等领域中应用广泛。六价硫氟交换反应可以用于高效构建亚砜亚胺类分子骨架,并且具有较好的化学选择性。然而,手性版本的六价硫氟交换反应报道十分少。在本文的工作中,作者从四氟氧化硫(SOF4)气体出发,首先合成得到了亚砜亚胺二氟化物,随后通过手性配体控制亲核试剂的立体选择性脱氟取代反应,最后通过立体专一性的脱氟取代反应实现手性亚砜亚胺类分子的合成。


【条件优化】以苯基锂为亲核试剂,对配体、当量、温度和溶剂等进行了考察,最后能以较高收率和ee值得到目标产物氨亚基替磺酰氟

【底物拓展】底物普适性较好,能以较好收率的ee值得到各种氨亚基替磺酰氟。氨亚基替磺酰氟可以作为氟化试剂或者进一步参与转换。

【合成转化】手性氨亚基替磺酰氟在不同条件下生成各类亚砜亚胺衍生物。

【机理研究】基于理论计算和实验验证,作者提出了可行的反应机理。


参考文献:Peng, Z., Sun, S., Zheng, MM.et al. Enantioselective sulfur(VI) fluoride exchange reaction of iminosulfur oxydifluorides. Nat. Chem. (2024). https://doi.org/10.1038/s41557-024-01452-w


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