ligação calcogênica

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 4793 (2022) Citar este artigo

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A isomerização conformacional pode ser guiada por interações fracas, como interações de ligação de calcogênio (ChB). Aqui relatamos uma estratégia catalítica para acesso assimétrico a sulfóxidos quirais empregando isomerização conformacional e interações de ligação de calcogênio. A reação envolve um sulfóxido contendo duas porções de aldeído como substrato que, de acordo com a análise estrutural e cálculos DFT, existe como uma mistura racêmica devido à presença de uma ligação calcogênica intramolecular. Essa ligação calcogênica formada entre o aldeído (átomo de oxigênio) e o sulfóxido (átomo de enxofre), induz um efeito de travamento conformacional, tornando o sulfóxido simétrico um racemato. Na presença de carbeno N-heterocíclico (NHC) como catalisador, a porção de aldeído ativada pela ligação de calcogênio reage seletivamente com um álcool para fornecer os correspondentes produtos de sulfóxido quiral com excelentes purezas ópticas. Esta reação envolve um processo de resolução cinética dinâmica (DKR) ativado por bloqueio conformacional e isomerização fácil por interações de ligação de calcogênio.

Interações não covalentes baseadas em ligação de hidrogênio1,2,3 e ligação de halogênio4,5,6,7 representam um modo de ativação poderoso e promissor na síntese catalítica. No entanto, a ligação do calcogênio é uma nova classe de interações não covalentes fracas entre o átomo de calcogênio (S, Se, Te) e a base de Lewis (Fig. 1a), que atraiu atenção apenas nos últimos anos8,9,10. Nos sistemas vivos, as interações de ligação de calcogênio desempenham um papel crucial na regulação das conformações de proteínas11 e na preservação de certas atividades enzimáticas12,13 (Fig. 1b). Essas interações também foram estudadas nas áreas de química do estado sólido14, reconhecimento de ânions15,16,17, montagem supramolecular18,19,20 e projetos de drogas21,22. Por exemplo, acredita-se que o efeito de bloqueio conformacional induzido por ligações de calcogênio aumente as bioatividades de vários produtos farmacêuticos comerciais, como a acetazolamida23 e a selenazofurina24. (Fig. 1b). Em contraste com as aplicações relativamente amplas no design de moléculas funcionais, as ligações de calcogênio são muito menos exploradas como ferramentas eficazes para catálise e síntese orgânica, especialmente em reações assimétricas25. O uso de ligação de calcogênio (ChB) para catálise recebeu atenção razoável apenas nos últimos anos26,27. Conforme divulgado por Matile28,29, Huber30,31 e Wang32,33,34, a chave é instalar doadores de ligação de calcogênio para os catalisadores que podem interagir com o substrato para ativações catalíticas (Fig. 1c). A maior parte do sucesso da catálise efetiva vem das interações de ligação de calcogênio catiônico, cujas cargas catiônicas são introduzidas para diminuir a densidade eletrônica do átomo de calcogênio para aumentar a interação de ligação de calcogênio. Apesar desses progressos impressionantes, o desenvolvimento de catálise de ligação de calcogênio eficaz permanece lento, e as evidências da presença de ligação de calcogênio em reações catalíticas dependem principalmente de espectros de NMR in situ (13C, 77Se)27,32,33,34,35, UV- análise vis e nanoESI-MS15. Postulamos que parte das razões residem nas dificuldades em projetar esses complexos estáveis ​​de calcogênio entre catalisadores e substratos.

uma ligação calcogênio (ChB). b ChB em sistemas vivos, medicamentos e agroquímicos. c ChB intermolecular (catiônica) em catálise orgânica. d ChB intramolecular (neutro) do substrato como ferramentas que permitem a síntese assimétrica (de sulfóxidos quirais). e Exemplos de sulfóxidos quirais funcionais.

Estamos particularmente motivados pelo fato de que tais interações intramoleculares estão amplamente presentes (ou podem ser prontamente instaladas) tanto em macro18,19,20 quanto em pequenas moléculas de origem natural11,12,13 ou síntese química25,26,27,28,29 ,30,31,32,33,34,36. Também é encorajador observar que a ligação de calcogênio na forma intramolecular pode ser projetada de maneiras facilmente previsíveis e modulares21,22,23,24. Por exemplo, Tomada et al relataram um reagente de selenenilação quiral contendo a interação N-Se intramolecular para enrijecer toda a molécula37. Posteriormente, Wirth estendeu esse conceito para interações O-Se e alcançou a funcionalização assimétrica de alcenos38. Além disso, as interações transitórias de ligação do calcogênio intramolecular foram comprovadas por Smith et al, que eram a força crucial no controle da estereosseletividade25,39,40,41,42,43,44. Com base nessas aplicações instigantes de ChBs45,46,47,48 intramoleculares, nossos interesses são direcionados para o emprego de interações de ligação de calcogênio intramolecular para regulamentos conformacionais e transformações químicas seletivas.