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Chalkogenbindung

Apr 09, 2024

Nature Communications Band 13, Artikelnummer: 4793 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Die Konformationsisomerisierung kann durch schwache Wechselwirkungen wie Chalkogenbindungswechselwirkungen (ChB) gesteuert werden. Hier berichten wir über eine katalytische Strategie für den asymmetrischen Zugang zu chiralen Sulfoxiden durch den Einsatz von Konformationsisomerisierung und Chalkogenbindungswechselwirkungen. Bei der Reaktion handelt es sich um ein Sulfoxid mit zwei Aldehydeinheiten als Substrat, das laut Strukturanalyse und DFT-Berechnungen aufgrund der Anwesenheit einer intramolekularen Chalkogenbindung als racemisches Gemisch vorliegt. Diese zwischen Aldehyd (Sauerstoffatom) und Sulfoxid (Schwefelatom) gebildete Chalkogenbindung induziert einen Konformationssperreffekt und macht so das symmetrische Sulfoxid zu einem Racemat. In Gegenwart von N-heterocyclischem Carben (NHC) als Katalysator reagiert die durch die Chalkogenbindung aktivierte Aldehydeinheit selektiv mit einem Alkohol und liefert die entsprechenden chiralen Sulfoxidprodukte mit ausgezeichneter optischer Reinheit. Diese Reaktion beinhaltet einen Prozess der dynamischen kinetischen Auflösung (DKR), der durch Konformationsverriegelung und einfache Isomerisierung durch Chalkogenbindungswechselwirkungen ermöglicht wird.

Nichtkovalente Wechselwirkungen basierend auf Wasserstoffbrückenbindungen1,2,3 und Halogenbindungen4,5,6,7 stellen einen leistungsstarken und vielversprechenden Aktivierungsmodus in der katalytischen Synthese dar. Allerdings handelt es sich bei der Chalkogenbindung um eine neue Klasse schwacher nichtkovalenter Wechselwirkungen zwischen dem Chalkogenatom (S, Se, Te) und der Lewis-Base (Abb. 1a), die erst in den letzten Jahren Aufmerksamkeit erregt hat8,9,10. In lebenden Systemen spielen die Chalkogenbindungswechselwirkungen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Proteinkonformationen11 und der Aufrechterhaltung bestimmter enzymatischer Aktivitäten12,13 (Abb. 1b). Diese Wechselwirkungen wurden auch in den Bereichen Festkörperchemie14, Anionenerkennung15,16,17, supramolekularer Aufbau18,19,20 und Arzneimitteldesign21,22 untersucht. Es wird beispielsweise angenommen, dass der durch Chalkogenbindungen induzierte Konformationssperreffekt die Bioaktivität mehrerer kommerzieller Pharmazeutika wie Acetazolamid23 und Selenazofurin24 steigert. (Abb. 1b). Im Gegensatz zu den relativ breiten Anwendungen im Design funktioneller Moleküle werden Chalkogenbindungen viel weniger als wirksame Werkzeuge für die Katalyse und organische Synthese, insbesondere bei asymmetrischen Reaktionen, erforscht25. Der Verwendung von Chalkogenbrücken (ChB) für die Katalyse wurde erst in den letzten Jahren angemessene Aufmerksamkeit geschenkt26,27. Wie von Matile28,29, Huber30,31 und Wang32,33,34 offenbart, liegt der Schlüssel darin, Chalkogenbindungsdonoren in den Katalysatoren einzubauen, die mit dem Substrat für katalytische Aktivierungen interagieren können (Abb. 1c). Der größte Erfolg einer effektiven Katalyse beruht auf kationischen Chalkogenbindungswechselwirkungen, bei denen kationische Ladungen eingeführt werden, um die Elektronendichte des Chalkogenatoms zu verringern und die Chalkogenbindungswechselwirkung zu verstärken. Trotz dieser beeindruckenden Fortschritte bleibt die Entwicklung einer effektiven Chalkogenbindungskatalyse langsam, und Beweise für das Vorhandensein einer Chalkogenbindung in katalytischen Reaktionen beruhen hauptsächlich auf In-situ-NMR-Spektren (13C, 77Se)27,32,33,34,35, UV- vis- und nanoESI-MS15-Analyse. Wir gehen davon aus, dass ein Teil der Gründe in den Schwierigkeiten bei der Gestaltung dieser stabilen Chalkogenbindungskomplexe zwischen Katalysatoren und Substraten liegt.

eine Chalkogenbindung (ChB). b ChB in lebenden Systemen, Arzneimitteln und Agrochemikalien. c Intermolekulares (kationisches) ChB in der organischen Katalyse. d Intramolekulares (neutrales) ChB des Substrats als Hilfsmittel für die asymmetrische Synthese (von chiralen Sulfoxiden). e Beispiele für funktionelle chirale Sulfoxide.

Wir sind besonders motiviert durch die Tatsache, dass solche intramolekularen Wechselwirkungen sowohl in Makro-18,19,20 als auch in kleinen Molekülen natürlichen Ursprungs11,12,13 oder in der chemischen Synthese25,26,27,28,29 weit verbreitet sind (oder leicht installiert werden können). ,30,31,32,33,34,36. Es ist auch ermutigend zu beobachten, dass Chalkogenbindungen auf intramolekulare Weise auf leicht vorhersehbare und modulare Weise gestaltet werden können21,22,23,24. Beispielsweise berichteten Tomada et al. über ein chirales Selenylierungsreagens, das die intramolekulare N-Se-Wechselwirkung zur Versteifung des gesamten Moleküls aufweist37. Anschließend erweiterte Wirth dieses Konzept auf O-Se-Wechselwirkungen und erreichte die asymmetrische Funktionalisierung von Alkenen38. Darüber hinaus wurden von Smith et al. die vorübergehenden intramolekularen Chalkogenbindungswechselwirkungen nachgewiesen, die die entscheidende Kraft bei der Stereoselektivitätskontrolle darstellen25,39,40,41,42,43,44. Basierend auf diesen zum Nachdenken anregenden Anwendungen intramolekularer ChBs45,46,47,48 richten sich unsere Interessen auf die Nutzung intramolekularer Chalkogenbindungswechselwirkungen für Konformationsregulierungen und selektive chemische Transformationen.

In dieser Arbeit untersuchen wir die Beteiligung von ChB-Wechselwirkungen an der Reaktivität von Sulfinyldibenzaldehydverbindungen. Diese nichtkovalenten Wechselwirkungen sind der Schlüssel zur regioselektiven Monoveresterung der Verbindung über einen chiralen Carben-katalysierten Oxidationsprozess, der die Herstellung chiraler Sulfoxide ermöglicht. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass ChB-Wechselwirkungen eine wichtige Rolle bei der asymmetrischen organischen Synthese spielen können.

Hier haben wir ein Protokoll zur katalytischen dynamischen kinetischen Auflösung von Sulfoxiden veröffentlicht, das durch intramolekulare Chalkogenbindungs-gesteuerte Konformationsisomerisierung des Substrats ermöglicht wurde (Abb. 1d). Es wurde bestätigt, dass die Sulfoxidgruppe ein ChB-Donor ist8,49 und die Festkörper-Röntgenstruktur von 1a (Abb. 1d, Einzelheiten siehe Ergänzungstabelle 2) legt das Vorhandensein einer Chalkogenbindung zwischen Schwefel und Sauerstoffatom nahe (Bindungslänge =). 2,861 Å). Diese Chalkogenbindung bricht die Symmetrie von 1a und führt daher dazu, dass dieses symmetrische Sulfoxid als racemisches Gemisch mit zwei Konformationsenantiomeren vorliegt [(Rp)–1a und (Sp)–1a, Abb. 1d]. Die gegenseitige Umwandlung der beiden Enantiomere über eine Chalkogenbindungs-gesteuerte Konformationsisomerisierung wurde durch DFT geschätzt, was ein einfacher Prozess mit einer Aktivierungsenergie von 8,55 kcal/mol war. Wir postulierten, dass die Chalkogenbindung wahrscheinlich auch in Lösung existiert, und begannen dann mit der Suche nach geeigneten Bedingungen für eine dynamische kinetische Auflösung solcher Konformere mithilfe eines NHC-katalysierten Veresterungsprozesses. Unter der Katalyse von N-heterocyclischem Carben (NHC)50,51,52,53,54 unter oxidativen Bedingungen zur Umwandlung einer der Aldehydeinheiten von 1a in einen Ester erfolgt eine hocheffiziente dynamische kinetische Spaltung dieses Sulfoxids (1a). erkannte. Die Oxidation von Breslow-Zwischenprodukten zu den entsprechenden Acylazolium-Zwischenprodukten (I und I') wurde (mittels DFT) als der stereoselektivitätsbestimmende Schritt in diesem DKR-Prozess geschätzt. Unsere Reaktion liefert chirale Sulfoxidprodukte mit guten Ausbeuten und ausgezeichneter Enantiomerenreinheit. Insbesondere werden chirale Sulfoxide häufig in Arzneimitteln (wie Esomeprazol55 und Armodafinil56), Agrochemikalien (wie Ethiprole57) und als Liganden in der asymmetrischen Katalyse58,59 verwendet (Abb. 1e). Die chiralen Sulfoxide aus unseren Reaktionen können als Plattformgerüste für die Umwandlung in bioaktive Moleküle und Katalysatoren dienen.

Zunächst wählten wir das Konformationsisomer Sulfinyldibenzaldehyd 1a als Modellsulfoxidsubstrat und Methanol 2a als Nukleophil, um nach geeigneten Bedingungen zu suchen. Die wichtigsten Ergebnisse wurden in Tabelle 1 zusammengefasst. Triazoliumverbindungen wurden als NHC-Präkatalysatoren mit Diphenochinon (DQ) untersucht. 60 als Oxidationsmittel, um eine der Aldehydeinheiten von 1a in eine Estereinheit umzuwandeln. Ein ermutigendes Ergebnis wurde erzielt, wenn von Aminoindanol abgeleitetes Triazoium A als NHC-Präkatalysator mit K2CO3 als Base in THF fungierte und das entsprechende chirale Sulfoxidprodukt 3a in 45 % Ausbeute und 99:1 er lieferte (Eintrag 1). Der Ersatz des Gegenanions (BF4−) in A durch ein Chloridion (Präkatalysator B) führte zu vergleichbaren Ergebnissen für dieses Modellsubstrat (Eintrag 2). Als wichtiger technischer Hinweis stellten wir in nachfolgenden Studien zur Untersuchung des Anwendungsbereichs fest, dass der Vorkatalysator B bei allen Substratuntersuchungen durchweg eine bessere Leistung erbrachte. Der N-Mesityl-Substituent in A konnte durch eine Phenyleinheit (Präkatalysator C) ausgetauscht werden, ohne dass sich dies auf die Produktausbeute oder den er-Wert auswirkte (Eintrag 3). Weitere Optimierungen im Hinblick auf Basen und Lösungsmittel wurden unter Verwendung des NHC-Präkatalysators B durchgeführt (Einträge 5–12). Schließlich fanden wir heraus, dass durch die Verwendung von K3PO4 als Base mit CH2Cl2 als Lösungsmittel das Produkt 3a in 89 % Ausbeute mit über 99:1 isoliert werden konnte (Eintrag 10).

Nachdem eine akzeptable Bedingung vorliegt, wurde dann die Allgemeingültigkeit der Reaktion untersucht (Abb. 2). Verschiedene Substituenten wurden am para-Kohlenstoff (relativ zur Aldehydeinheit) am Phenylring von 1a angebracht. In allen Fällen wurden die Monoesterprodukte mit hervorragenden er-Werten erhalten (meist über 99:1 er, 3b bis 3j). Die Reaktionsausbeuten sind ebenfalls gut, wenn die Substituenten Methyl- (3b), Methoxyl- (3c), Ethylthio- (3d) oder Halogenatome (3e–3g) sind, was zu den entsprechenden Produkten mit Ausbeuten von 60–94 % führt. Wenn elektronenziehende Einheiten (z. B. CN, CF3) verwendet wurden, wurden die Produkte (3 h, 3i) in etwas geringeren Ausbeuten (60 % und 61 % Ausbeute) erhalten, wobei hervorragende er-Werte beibehalten wurden. Die Hauptnebenprodukte stammten aus der weiteren Veresterungsreaktion von 3h und 3i zu den entsprechenden Diester-Addukten. Verschiedene Substituenten (wie Me, OBn und Halogen) konnten auch am Meta-Kohlenstoff (relativ zum Aldehyd) am Phenylring von 1a angebracht werden, ohne die Reaktionsausbeuten und er-Werte (3k–3o) zu beeinträchtigen. Bemerkenswerterweise wurden Substrate mit zwei Substituenten sowohl am para- als auch am meta-Kohlenstoffatom von 1a gut toleriert (3p und 3q). Wenn eine Methyleinheit in der ortho-Position (relativ zum Aldehyd) von 1a platziert wurde, wurden Rückgänge sowohl bei der Reaktionsausbeute als auch beim er-Wert beobachtet (3s). Die geringe Ausbeute an 3s war hauptsächlich auf die Diesterbildung zurückzuführen, und die Ursache für die Abnahme des er-Werts könnte in sterischer Hinderung liegen. Der Fluorsubstituent in ortho-Position führte zum Produkt 3t mit 80 % Ausbeute und 95:5 er. Die Platzierung einer Methyleinheit am ortho-Kohlenstoff (relativ zur Sulfoxideinheit) von 1a führte zu 3r mit über 99:1 er, wenn auch mit einer um 47 % geringeren Ausbeute. Darüber hinaus könnten auch verschiedene Alkohole und Thiole, einschließlich sekundärer Alkohole, als wirksame Nukleophile zum Ersatz von Methanol verwendet werden (3u–3x). Interessanterweise konnten bei Verwendung von Diolen als Nukleophilen beide Hydroxyleinheiten acyliert werden, um die entsprechenden chiralen Disulfoxide mit hervorragenden Ausbeuten und er-Werten (3y, 3z) zu ergeben. Diese Ergebnisse legen nahe, dass unsere Strategie weiterentwickelt werden könnte, um chirales Sulfoxid an funktionelle Moleküle (wie Naturstoffe und Polymere) zu binden, die mehrere Hydroxyleinheiten enthalten.

aReaktionsbedingungen wie in Tabelle 1, Eintrag 10 angegeben. Die Ausbeuten sind isolierte Ausbeuten nach Reinigung durch Säulenchromatographie. Die Er-Werte wurden mittels HPLC an der chiralen stationären Phase bestimmt. b50 °C und THF als Lösungsmittel. Es wurden ca. 220 Mol-% 1a, DQ, K3PO4 und 100 Mol-% Diol verwendet.

Bei synthetischen Anwendungen konnte unser Ansatz ohne großen Einfluss auf die Produktausbeute problemlos auf 1,2 Gramm skaliert werden (z. B. 3a, 1,2 Gramm, 79 % Ausbeute und >99:1 er; Abb. 2). Die verbleibende Aldehydeinheit in unserem Sulfoxidprodukt 3a konnte leicht in einen vielfältigen Satz funktioneller Gruppen umgewandelt werden (Abb. 3a). Beispielsweise konnte der Wasserstoff von Aldehyd durch achirales NHC in Gegenwart von D2O katalysiert61 deuteriert werden, um 100 % deuteriertes 4a in 77 % Ausbeute und ohne Verlust der optischen Reinheit zu ergeben. Darüber hinaus könnte die Formylgruppe eine durch achirales NHC mit höheren er-Werten katalysierte Cyanierung62 und Thioesterung sein (4b, 4c). Enantiomerenangereicherte terminale Alkine 4d und Alken 4e wurden effizient mittels Seyferth-Gilbert-Reaktion63 bzw. Wittig-Reaktion64 synthetisiert. Das chirale Sulfoxid 3a reagierte mit L-Valinol65 und erzeugte die Oxazoline 4g, die den Liganden vom SOX-Typ sehr ähnlich waren66,67 (Abb. 1e). Bemerkenswert ist, dass sich das chirale Sulfoxid 4h und seine Analoga in mehreren asymmetrischen Synthesen als chiraler Ligand und Katalysator erwiesen haben59. Es konnte ebenso wie seine Analoga leicht aus 3a über eine reduktive Aminierungsreaktion synthetisiert werden. Darüber hinaus durchlief 3a eine Hydrolyse der Estergruppe und anschließende reduktive Aminierung der Formylgruppe mit BnNH2, um eine nichtnatürliche Aminosäure 4i mit einem chiralen Sulfoxidzentrum in guter Ausbeute und ausgezeichnetem er-Wert zu ergeben. Die Kombination von 3a mit dem Ellman-Auxiliar68 führte effizient über eine kurze Kondensationsreaktion mit 90 % Ausbeute zum chiralen Disulfoxidprodukt 4j.

aK3PO4, NBS, 4 Å MS, 30 °C, Toluol; bMgSO4, 4 h, CH2Cl2, NaBH3CN; cNaBH4, Ti(OEt)4, CH2Cl2; dLiOH, THF:H2O = 2:1, 2 h, dann 1 M HCl; eMgSO4, BnNH2, 4 h, dann NaBH3CN; fPyrrolidin, 4 Å MS, CH2Cl2, 60 °C; gachirales NHC, AcOK, D2O:CH2Cl2 = 4:1; hachirales NHC, TsNH2, Et2NH, 4 Å MS, Toluol; iachirales NHC, DQ, EtSH, K3PO4, CH2Cl2; jTMSCHN2, LDA, THF, −78 °C; kCH3PPh3Br, KHMDS, THF; lPd/C, H2, EtOH. a Synthetische Umwandlung von 3a. b Synthetische Anwendungen.

Darüber hinaus wurden zwei praktische Anwendungen von 4d und 4g verifiziert. Alkin 4d konnte mit einem Anti-HIV-Medikament (Zidovudin)69 konjugiert werden, das über eine Azidogruppe verfügt, um mit mäßiger Ausbeute ein modifiziertes Zidovudin 5a zu ergeben. Wie erwartet könnte 4g ein potenzieller chiraler Ligand in der asymmetrischen Synthesechemie sein, der als chiraler Ligand in der Pd-katalysierten enantioselektiven Substitutionsreaktion70 zwischen dem Alken 6 und dem Malonat 7 verwendet wurde, wobei das chirale Produkt 8 im Verhältnis 98:2 entstand ähm. (Abb. 3b)

Um die möglichen Auswirkungen von Chalkogenbindungswechselwirkungen zu verstehen, haben wir zwei weitere Sulfoxidsubstrate (1aa und 1ab) untersucht, indem wir die Positionen von Aldehydeinheiten platziert haben, die weit vom Schwefelzentrum des Sulfoxids entfernt sind (Abb. 4a). Aus der Analyse der Röntgenstruktur von 1aa geht hervor, dass die entfernte Aldehydeinheit keine Chalkogenbindungswechselwirkung mit dem Schwefelatom zeigt (siehe Ergänzungstabelle 2). Es wird daher erwartet, dass die hier entwickelte Strategie zur Konformationsauflösung durch Chalkogenbindungen für Substrate wie 1aa und 1ab nicht funktioniert. Diese Erwartung wurde durch unsere experimentellen Beobachtungen bestätigt, als die Verwendung von 1aa und 1ab unter unseren Bedingungen die entsprechenden Produkte (3aa und 3ac) nahezu ohne Enantiomerenüberschüsse lieferte und die Ausbeuten an Diestern stiegen.

a Kontrollexperimente ohne Chalkogenbindungswechselwirkung. b Quantifizieren Sie die Stärke der Chalkogenbindungswechselwirkung mithilfe von DFT-Berechnungen. c Additionsbarriere von NHC zu Aldehydeinheiten. d Oxidierte Barriere von Breslow-Zwischenprodukten.

Um weitere mechanistische Einblicke in unsere Reaktionen zu erhalten, untersuchten wir die Chalkogenbindungsstärke zwischen der Sulfoxid- und Formylgruppe mithilfe von DFT-Berechnungen (Abb. 4b). Die durch Einkristallbeugungsdaten von 1a bereitgestellte Struktur wurde als Ausgangspunkt für geometrische Optimierungen verwendet. Die Chalkogenbindungsenergie (ChBE) wurde auf 3,44 kcal/mol geschätzt (Abb. 4b). Um den Einfluss von Substituenten auf die ChBs zu bewerten, wurden außerdem die Substrate 1c (mit OMe) und 1i (mit CF3) mit derselben DFT-Berechnungsmethode untersucht. Die Ausgangsstrukturen für DFT-Rechnungen wurden aus dem entsprechenden Einkristall von 1c (CCDC 2172904) und 1i (CCDC 2172911) erhalten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Chalkogenbindungsstärke von 1c und 1i 3,56 bzw. 4,27 kcal/mol betrug (Einzelheiten siehe ergänzende Abbildung 1). Darüber hinaus wurden dann die Additionen des NHC-Katalysators an die Aldehydeinheit in den beiden Konformationsisomeren (zwei Sätze von Enantiomeren; vier Möglichkeiten für die Additionen) bewertet (Abb. 4c). Wir fanden heraus, dass die an Chalkogenbindungswechselwirkungen beteiligten Aldehydeinheiten konformativ fixiert und schwach aktiviert sind. Diese konformativ fixierten Aldehydeinheiten reagieren schneller mit dem NHC-Katalysator (ΔG‡ = 5,50, 3,53 kcal/mol) als die nicht an Chalkogen gebundenen Aldehydeinheiten (ΔG‡ = 6,49, 9,24 kcal/mol). Die niedrigen Rotationsbarrieren (Abb. 4b) deuten darauf hin, dass die Konformationen von 1a bei Raumtemperatur schnell ineinander umgewandelt werden können, was die Durchführung eines Carben-katalysierten DKR-Prozesses möglich macht. Weitere DFT-Studien legen nahe, dass die Oxidation des Breslow-Intermediats (Abb. 4d) der stereobestimmende Schritt ist. Die Aktivierungsenergiedifferenz von Ox–Ts I und Ox–Ts I′ (ΔG‡ = 14,16 bzw. 22,22 kcal/mol) wird auf 8,06 kcal/mol geschätzt, was auf einen er-Wert über 99:1 hindeutet, der mit unserem übereinstimmt experimentelle Beobachtungen (Einzelheiten siehe ergänzende Abbildung 3).

Zusammenfassend haben wir eine Carben-katalysierte DKR-Strategie für die Synthese chiraler Sulfoxide veröffentlicht. Diese Methode nutzt intramolekulare Chalkogenbindungen, die in Molekülen installiert sind, um die Konformationsisomerisierung und Reaktivitätsdifferenzierung von Substraten zu steuern. Insbesondere realisieren wir durch eine durch Chalkogenbindungen ermöglichte Reaktivitätsdifferenzierung einen Carben-katalysierten dynamischen kinetischen Auflösungsprozess zur effizienten Herstellung chiraler Sulfoxide mit ausgezeichneter optischer Reinheit. Die chiralen Sulfoxidprodukte aus unseren Reaktionen können als Plattformgerüste für die einfache Umwandlung in nützliche Moleküle mit Anwendungen in der Katalyse und in biologischen Studien dienen. Chalkogenbindungswechselwirkungen sind in verschiedenen Molekülen natürlich vorhanden oder können leicht eingebaut werden. Die hier beschriebene Strategie könnte einen neuen Weg in der Reaktionskontrolle und asymmetrischen Synthese eröffnen.

In einen übergetrockneten 100-ml-Rundkolben mit Magnetrührstab wurden 1a (1,0 g, 3,87 mmol), DQ (1,58 g, 3,87 mmol), Pre-NHC B (139,8 mg, 0,38 mmol) und K3PO4 ( 164,2 mg, 0,77 mmol). Der Kolben wurde dann verschlossen, gespült und dreimal in der Glovebox mit N2 aufgefüllt, bevor CH2Cl2 (60,0 ml) und CH3OH (0,19 ml, 4,65 mmol) zugegeben wurden, und die Reaktionsmischung wurde 12 Stunden lang in einem Ölbad bei 30 °C gerührt. Die Mischung wurde unter vermindertem Druck eingeengt. Der resultierende rohe Rückstand wurde mittels Säulenchromatographie an Kieselgel unter Verwendung von Petrolether/Ethylacetat (2:1) gereinigt, um das gewünschte Produkt 3a (881,8 mg, 79 % Ausbeute, > 99:1 er) zu ergeben.

Die experimentelle Methode und die in dieser Studie generierten Daten sind in der Zusatzinformationsdatei enthalten. Geometrien aller DFT-optimierten Strukturen (im .xyz-Format) werden als Ergänzungsdatendatei bereitgestellt. Die kristallographischen Daten für die Strukturen von 1a, 1c, 1i, 1aa und 3a wurden im Cambridge Crystallographic Data Centre unter den CCDC-Zugangscodes 2143570, 2172904, 2172911, 2143573 bzw. 2143579 hinterlegt. Kopien der Daten können kostenlos über www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif bezogen werden.

Doyle, AG & Jacobsen, EN Kleinmolekulare H-Brückendonoren in der asymmetrischen Katalyse. Chem. Rev. 107, 5713–5743 (2007).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Banik, SM, Levina, A., Hyde, AM & Jacobsen, EN Eine enantiokonvergente halogenophile nukleophile Substitutionsreaktion (SN2X). Wissenschaft 358, 761–764 (2017).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wendlandt, AE, Vangal, P. & Jacobsen, EN Quartäre Stereozentren über eine enantiokonvergente katalytische SN1-Reaktion. Natur 556, 447–451 (2018).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Desiraju, GR et al. Definition der Halogenbindung. Rein. Appl. Chem. 85, 1711–1713 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Cavallo, G. et al. Die Halogenbindung. Chem. Rev. 116, 2478–2601 (2016).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Chanand, YC & Yeung, YY Halogenbindungskatalysierte Bromcarbocyclisierung. Angew. Chem. Int. Ed. 57, 3483–3487 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Wolf, J., Huber, F. & Huber, SM Aktivierung einer Metall-Halogen-Bindung durch Halogenbindung. Angew. Chem. Int. Ed. 59, 16496–16500 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Aakeroy, CB et al. Definition der Chalkogenbindung. Rein. Appl. Chem. 91, 1889–1892 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Vogel, L., Wonner, P. & Huber, SM Chalkogenbindung: ein Überblick. Angew. Chem. Int. Ed. 58, 1880–1891 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Kolb, S., Oliver, GA & Werz, DB Die Chemie entwickelt sich weiter, Begriffe entwickeln sich, aber Phänomene entwickeln sich nicht: von Chalkogen-Chalkogen-Wechselwirkungen bis hin zu Chalkogenbindungen. Angew. Chem. Int. Ed. 59, 22306–22310 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Taylor, JC & Markham, GD Das bifunktionale aktive Zentrum der S-Adenosylmethionin-Synthetase. Rollen der Aspartate im aktiven Zentrum. J. Biol. Chem. 274, 32909–32914 (1999).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Horowitz, S., Dirk, LMA, Yesselman, JD & Trievel, RC Konservierung und funktionelle Bedeutung der Kohlenstoff-Sauerstoff-Wasserstoffbindung in adoMet-abhängigen Methyltransferasen. Marmelade. Chem. Soc. 135, 15536–15548 (2013).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Mugesh, G. et al. Glutathionperoxidase-ähnliche antioxidative Aktivität von Diaryldiseleniden: eine mechanistische Studie. Marmelade. Chem. Soc. 123, 839–850 (2001).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Werz, DB et al. Selbstorganisation Chalkogen-haltiger cyclischer Alkine und Alkene zur Bildung kolumnarer Strukturen. Org. Lette. 4, 339–342 (2002).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Garrett, GE, Gibson, GL, Straus, RN, Seferos, DS & Taylor, MS Chalkogenbindung in Lösung: Wechselwirkungen von Benzotelluradiazolen mit anionischen und ungeladenen Lewis-Basen. Marmelade. Chem. Soc. 137, 4126–4133 (2015).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Benz, S. et al. Anionentransport mit Chalkogenbindungen. Marmelade. Chem. Soc. 138, 9093–9096 (2016).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Borissov, A., Marques, I. & Beer, PD Anionenerkennung in Wasser durch ladungsneutrale Halogen- und Chalkogenbindungs-Foldamer-Rezeptoren. Marmelade. Chem. Soc. 141, 4119–4129 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Cozzolino, AF, Vargas–B, I., Mansour, S. & Mahmoudkhani, AH Die Natur der supramolekularen Assoziation von 1,2,5–Chalkogenadiazolen. Marmelade. Chem. Soc. 127, 3184–3190 (2005).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Gleiter, R., Haberhauer, G., Werz, DB, Rominger, F. & Bleiholder, C. Von nichtkovalenten Chalkogen-Chalkogen-Wechselwirkungen zu supramolekularen Aggregaten: Experimente und Berechnungen. Chem. Rev. 118, 2010–2041 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Chen, L., Xiang, J., Zhao, Y. & Yan, Q. Reversible Selbstorganisation supramolekularer Vesikel und Nanofasern, angetrieben durch Chalkogen-Bindungswechselwirkungen. Marmelade. Chem. Soc. 140, 7079–7082 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Nagao, Y., Hirata, T., Kakehi, A., Iizuka, K. & Shiro, M. Intramolekulare nichtgebundene S…O-Wechselwirkung, erkannt in (Acylimino)thiadiazolin-Derivaten als Angiotensin-II-Rezeptor-Antagonisten und verwandten Verbindungen. Marmelade. Chem. Soc. 120, 3104–3110 (1998).

Artikel CAS Google Scholar

Alamiddine, Z., Thany, S. & Le Questel, JY Konformationen und Bindungseigenschaften von Thiametoxam- und Clothianidin-Neonikotinoid-Insektiziden an nikotinische Acetylcholinrezeptoren: der Beitrag von σ-Loch-Wechselwirkungen. Chem. Physik. Chem. 19, 3069–3083 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Thomas, SP, Jayatilaka, D. & Guru, RTN S…O-Chalkogenbindung in Sulfadrogen: Erkenntnisse aus der Multipolladungsdichte und der Röntgenwellenfunktion von Acetazolamid. Physik. Chem. Chem. Physik. 17, 25411–25420 (2015).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Burling, FT & Goldstein, BM Computergestützte Studien zu nichtgebundenen Schwefel-Sauerstoff- und Selen-Sauerstoff-Wechselwirkungen in den Thiazol- und Selenazol-Nukleosiden. Marmelade. Chem. Soc. 114, 2313–2320 (1992).

Artikel CAS Google Scholar

Young, CM et al. Die Bedeutung von 1,5-Sauerstoff···Chalkogen-Wechselwirkungen in der enantioselektiven Isochalkogenharnstoff-Katalyse. Angew. Chem. Int. Ed. 59, 3705–3710 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Weiss, R., Aubert, E., Pale, P. & Mamane, V. Chalkogenbindungskatalyse mit Telluroniumkationen. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 19281–19286 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

He, X., Wang, X., Tse, YL, Ke, Z. & Yeung, YY Bis-Selenonium-Kationen als zweizähnige Chalkogenbindungsdonoren in der Katalyse. ACS Catal. 11, 12632–12642 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Benz, S., Andarias, JL & Matile, S. Katalyse mit Chalkogenbindungen. Angew. Chem. Int. Ed. 56, 812–815 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Benz, S. & Matile, S. Katalyse mit Pniktogen-, Chalkogen- und Halogenbindungen. Angew. Chem. Int. Ed. 57, 5408–5412 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Wonner, P., Vogel, L., Werz, DB & Huber, SM Kohlenstoff-Halogen-Bindungsaktivierung durch Selen-basierte Chalkogenbindung. Angew. Chem. Int. Ed. 56, 12009–12012 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Wonner, P., Dreger, A. & Huber, SM Chalkogenbindungskatalyse einer Nitro-Michael-Reaktion. Angew. Chem. Int. Ed. 58, 16923–16927 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, W. et al. Die Chalkogen-Chalkogen-Bindungskatalyse ermöglicht den Aufbau diskreter Moleküle. Marmelade. Chem. Soc. 141, 9175–9179 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wang, W. et al. Duale Chalkogen-Chalkogen-Bindungskatalyse. Marmelade. Chem. Soc. 142, 3117–3124 (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Kong, X., Zhou, PP & Wang, Y. Chalkogen···π-Bindungskatalyse. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 9395–9400 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Iwaoka, M. & Tomoda, S. Natur der intramolekularen nichtgebundenen Se…N-Wechselwirkung von 2-Selenobenzylamin-Derivaten. Eine experimentelle Auswertung mittels 1H-, 77Se- und 15N-NMR-Spektroskopie. Marmelade. Chem. Soc. 118, 8077–8084 (1996).

Artikel CAS Google Scholar

Wu, XX et al. Katalysatorkontrolle über sechsfache Stereogenität. Nat. Katal. 4, 457–462 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Fujita, K., Iwaoka, M. & Tomoda, S. Synthese von Diaryldiseleniden mit chiralen Pyrrolidinringen mit C2-Symmetrie. Ihre Anwendung auf die asymmetrische Methoxyselenenylierung von trans-β-Methylstyrolen. Chem. Lette. 23, 923–926 (1994).

Artikel Google Scholar

Worth, T. Asymmetrische Reaktion von Arylalkenen mit Diseleniden. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 34, 1726–1728 (1995).

Artikel Google Scholar

Arokianathar, JN, Frost, AB & Smith, AD Isothioharnstoff-katalysierte enantioselektive Addition von 4-Nitrophenylestern an Iminiumionen. ACS Catal. 8, 1153–1160 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Fukata, Y., Asano, K. & Matsubara, S. Einfacher Netto-Cycloaddition-Ansatz für optisch aktive 1,5-Benzothiazepine. Marmelade. Chem. Soc. 137, 5320–5323 (2015).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Belmessieri, D. et al. Organokatalytische Funktionalisierung von Carbonsäuren: Isothioharnstoff-katalysierte asymmetrische intra- und intermolekulare Michael-Additions-Lactonisierungen. Marmelade. Chem. Soc. 133, 2714–2720 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Leverett, CA, Purohit, VC & Romo, D. Enantioselektive, organokatalysierte, intramolekulare Aldollactonisierungen mit Ketosäuren, die zu bi- und tricyclischen β-Lactonen und topologieverändernden Transformationen führen. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 9479–9483 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Robinson, ER, Fallan, C. & Smith, AD Anhydride als α, β-ungesättigte Acylammonium-Vorläufer: Isothioharnstoff-geförderte katalytische asymmetrische Anellierungsprozesse. Chem. Wissenschaft. 4, 2193–2200 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Yang, X. & Birman, VB Kinetische Trennung von α-substituierten Alkansäuren, gefördert durch Homobenzotetramisol. Chem. EUR. J. 17, 11296–1130 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Mukherjee, AJ, Zade, SS, Singh, HB & Sunoj, RB Organoselenchemie: Rolle intramolekularer Wechselwirkungen. Chem. Rev. 110, 4357–4416 (2010).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Srivastava, K., Shah, P., Singh, HB & Butcher, RJ Isolierung und strukturelle Charakterisierung einiger Aryltelluriumhalogenide und ihrer hydrolysierten Produkte, stabilisiert durch eine intramolekulare Te-N-Wechselwirkung. Organometallics 30, 534–546 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Srivastava, K., Chakraborty, T., Singh, HB & Butcher, RJ Intramolekular koordinierte Azobenzol-Selen-Derivate: Einfluss der Stärke der intramolekularen Se-N-Wechselwirkung auf die Lumineszenz. Dalton Trans. 40, 4489–4496 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Tiecco, M. et al. Herstellung eines neuen chiralen nichtracemischen schwefelhaltigen Diselenids und Anwendungen in der asymmetrischen Synthese. Chem. EUR. J. 8, 1118–1124 (2002).

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">Artikel CAS PubMed Google Scholar

Echeverria, J. Kooperative Effekte zwischen Wasserstoffbrückenbindungen und C=O···S-Wechselwirkungen in den Kristallstrukturen von Sulfoxiden. Kristall. Wachstumsdes. 21, 2481–2487 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Enders, D., Niemeier, O. & Henseler, A. Organokatalyse durch N-heterocyclische Carbene. Chem. Rev. 107, 5606–5655 (2007).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Hopkinson, MN, Richter, C. & Glorius, F. Ein Überblick über N-heterocyclische Carbene. Natur 510, 485–496 (2014).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Mahatthananchai, J. & Bode, JW Zum Mechanismus N-heterocyclischer Carben-katalysierter Reaktionen unter Beteiligung von Acylazoliumverbindungen. Acc. Chem. Res. 47, 696–707 (2014).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Flanigan, DM, White, NA & Rovis, T. Organokatalytische Reaktionen, ermöglicht durch N-heterocyclische Carbene. Chem. Rev. 115, 9307–9387 (2015).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Murauski, KJR, Jaworski, AA & Scheidt, KA Eine ständige Herausforderung: N-heterocyclische Carben-katalysierte Synthesen von γ-Butyrolactonen. Chem. Soc. Rev. 47, 1773–1782 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Olbe, L., Carlsson, E. & Lindberg, P. Eine Protonenpumpenhemmer-Expedition: die Fallgeschichten von Omeprazol und Esomeprazol. Nat. Rev. Drug. Entdeckung. 2, 132–139 (2003).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Garnock-Jones, KP, Dhillon, S. & Scott, LJ Armodafinil. Cns. Drugs 23, 793–803 (2009).

Artikel PubMed Google Scholar

Caboni, P., Sammelson, RE & Casida, JE Phenylpyrazol-Insektizid-Photochemie, Metabolismus und GABAerge Wirkung: Ethiprol im Vergleich zu Fipronil. J. Agrar. Lebensmittelchem. 51, 7055–7061 (2003).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Sipos, G., Drinkel, EE & Dorta, R. Die Entstehung von Sulfoxiden als effiziente Liganden in der Übergangsmetallkatalyse. Chem. Soc. Rev. 44, 3834–3860 (2015).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Otocka, S., Kwiatkowska, M., Madalinska, L. & Kiełbasinski, P. Chirale Organoschwefelliganden/Katalysatoren mit einem stereogenen Schwefelatom: Anwendungen in der asymmetrischen Synthese. Chem. Rev. 117, 4147–4181 (2017).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Sarkar, SD & Studer, A. NHC-katalysierte Michael-Addition an α, β-ungesättigte Aldehyde durch Redoxaktivierung. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 9266–9269 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Geng, H. et al. Praktische Synthese von deuterierten C1-Aldehyden durch NHC-Katalyse. Nat. Katal. 2, 1071–1077 (2019).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lv, Y. et al. Katalytische atroposelektive Synthese axial chiraler Benzonitrile durch Chiralitätskontrolle während der Bindungsdissoziation und CN-Gruppenbildung. Nat. Komm. 13, 36 (2022).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Seyferth, D., Hilbert, P. & Marmor, RS Neuartige Diazoalkane und das erste Carben mit der Dimethylphosphitgruppe. Marmelade. Chem. Soc. 89, 4811–4812 (1967).

Artikel CAS Google Scholar

Wittig, G. & Schöllkopf, U. Über triphenyl–phosphin–methylene als olefinbildende reagenzien. Chem. Ber. 87, 1318–1330 (1954).

Artikel Google Scholar

Schwekendiek, K. & Glorius, F. Effiziente oxidative Synthese von 2–Oxazolinen. Synthese 18, 2996–3002 (2006).

Google Scholar

Liu, W., Ali, SZ, Ammann, SE & White, MC Asymmetrische allylische C-H-Alkylierung mittels Palladium (II)/cis-ArSOX-Katalyse. Marmelade. Chem. Soc. 140, 10658–10662 (2018).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ammann, SE, Liu, W. & White, MC Enantioselektive allylische C-H-Oxidation terminaler Olefine zu Isochromanen durch Palladium(II)/chirales Sulfoxid-Katalyse. Angew. Chem. Int. Ed. 55, 9571–9575 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Robak, M., Herbage, MA & Ellman, JA Synthese und Anwendungen von tert-Butansulfinamid. Chem. Rev. 110, 3600–3740 (2010).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

McLeod, GX & Hammer, SM Zidovudine: fünf Jahre später. Ann. Praktikant. Med. 117, 487–501 (1992).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Du, L., Cao, P. & Liao, J. Wasserstoffbrücken-vermittelte Palladiumkatalyse: Allylische Alkylierung von Indolen mit unsymmetrischen 1,3-disubstituierten Allylacetaten unter Verwendung chiraler Bis(sulfoxid)phosphinliganden. Angew. Chem. 125, 4301–4305 (2013).

Artikel ADS Google Scholar

Referenzen herunterladen

Wir bedanken uns für finanzielle Unterstützung durch die National Natural Science Foundation of China (21732002, 22061007, PC Z; 22071036, YR C); Frontiers Science Center for Asymmetric Synthesis and Medicinal Molecules, Bildungsministerium, Provinz Guizhou [Qianjiaohe KY Nummer (2020)004, Jahr C]; Der 10-Talent-Plan (Shicengci) der Provinz Guizhou ([2016]5649, YR C); Qiankehejichu-ZK[2022]zhongdian024, PC Z); Abteilung für Wissenschaft und Technologie der Provinz Guizhou ([2018]2802, [2019]1020, Jahr C); Programm zur Einführung disziplinarischer Talente an Universitäten Chinas (111-Programm, D20023, YR C) an der Guizhou-Universität. Singapore National Research Foundation im Rahmen ihrer NRF Investigatorship (NRF–NRFI2016–06, YR C) und ihres Competitive Research Program (NRF–CRP22–2019–0002, YR C); Ministerium für Bildung, Singapur, im Rahmen seines MOE AcRF Tier 1 Award (RG7/20, RG5/19, YR C), MOE AcRF Tier 2 (MOE2019–T2–2–117, YR C) und MOE AcRF Tier 3 Award ( MOE2018–T3–1–003, Jahr C), Nanyang Technological University.

Staatliche Schlüssellabor-Zuchtbasis für grüne Pestizide und landwirtschaftliche Biotechnik, Schlüssellabor für grüne Pestizide und landwirtschaftliche Biotechnik, Bildungsministerium, Universität Guizhou, Guiyang, 550025, China

Jianjian Liu, Mali Zhou, Rui Deng, Pengcheng Zheng und Yonggui Robin Chi

Abteilung für Chemie und biologische Chemie, School of Physical & Mathematical Sciences, Nanyang Technological University, Singapur, 637371, Singapur

Yonggui Robin Chi

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YRC und PCZ haben diese Forschung konzipiert und geleitet; JJL entwarf und führte die Hauptmethodologieentwicklung, Umfangsbewertung und synthetische Anwendung durch; MLZ und RD synthetisierten die Substrate; PCZ führte die DFT-Berechnungen durch. Alle Autoren beteiligten sich an den Diskussionen und an der Manuskripterstellung.

Korrespondenz mit Pengcheng Zheng oder Yonggui Robin Chi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature Communications dankt den anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit. Peer-Reviewer-Berichte sind verfügbar.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Liu, J., Zhou, M., Deng, R. et al. Die durch Chalkogenbindungen gesteuerte Konformationsisomerisierung ermöglicht die katalytische dynamische kinetische Auflösung von Sulfoxiden. Nat Commun 13, 4793 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-32428-4

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Eingegangen: 02. März 2022

Angenommen: 01. August 2022

Veröffentlicht: 15. August 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-32428-4

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