Inom området organisk kemi letar forskare alltid efter nya typer av reaktioner för att låsa upp syntesvägar för utmanande föreningar. De flesta av de framsteg som vi har sett inom läkemedel och jordbrukskemikalier under de senaste decennierna kan spåras tillbaka till upptäckten av nya praktiska reaktionsvägar. Sådana vägar involverar ofta selektiv ersättning av en funktionell grupp med en annan, bildning av aromatiska ringar eller strategisk klyvning av delar av en molekyl. Men hur är det med omorganiseringen av befintliga funktionella grupper inom en molekyl?

Även känd som "substituentmigrering", att få en funktionell grupp på en aromatisk ring (som i arener) att hoppa till en annan position i ringen är en attraktiv process. Kemister har kommit på några strategier för att få funktionella grupper att migrera, men syntesprocessen blir betydligt svårare när man har att göra med arenor med ett stort antal funktionella grupper. I synnerhet är det utmanande att omordna funktionella grupper placerade bredvid–OH-gruppen i fenoler, en grundläggande typ av aromatisk ring.

Lyckligtvis har en forskargrupp ledd av docent Suguru Yoshida från Tokyo University of Science (TUS), Japan, nyligen hittat en innovativ lösning på detta problem. I deras artikel, som publicerades i Chemical Communications , presenterar forskarna en ny teknik för att syntetisera olika bensofuraner genom exakt molekylär omarrangemang och substituentmigrering. Andra medlemmar i teamet var Dr. Akihiro Kobayashi och Mr. Shinya Tabata, båda från TUS.

Forskarna upptäckte, till sin förvåning, att en ovanlig substituentmigrering inträffade när man behandlade en enkel aromatisk förening känd som o-kresol med alkynylsulfoxid (AS) tillsammans med trifluorättiksyraanhydrid (TFAA). De fann att denna reaktion delvis gav en förening i vilken den funktionella gruppen som vanligtvis skulle vara bredvid -OH-grupppositionen (eller "orto"-positionen) istället befann sig i den aromatiska ringens närliggande position genom bensofuranringbildning. Detta fick dem omedelbart att börja titta på AS/TFAA-medierade reaktioner ytterligare.

Teamet kom slutligen på att när en substituerad fenol reagerar med AS och TFFA, aktiverar TFAA först AS, vilket leder till att en femledad ring stängs som delar en av sina sidor med fenolen. Denna typ av resulterande molekyl kallas en bensofuran.

Efteråt utlöser de obalanserade laddningarna på bensofuranen vad som är känt som en "laddningsaccelererad sigmatropisk omarrangering." Enkelt uttryckt, bildningen av positivt laddade intermediära föreningar gör det möjligt för den ortofunktionella gruppen att migrera till den närliggande positionen på fenolsidan.

Forskarna visade mångsidigheten i deras strategi genom att syntetisera en mängd olika bensofuraner, av vilka några var mycket funktionaliserade eller till och med helt funktionaliserade. Noterbart var att utbytena av några av dessa föreningar var exceptionellt bra, och i alla fall skadades eller förändrades inte sammansättningen av de funktionella grupperna av processen.

"Vår modulära syntesmetod gjorde det möjligt för oss att producera olika mycket substituerade bensofuraner från lättillgängliga utgångsmaterial genom substituentmigrering", framhåller Dr. Yoshida. "Eftersom olika bensofuraner redan har använts som viktiga bioaktiva föreningar, kan nyligen tillgängliga bensofuraner vara av stor betydelse inom läkemedelsvetenskap och agrokemi."

Sammantaget har denna studie låst upp ett innovativt sätt att helt enkelt syntetisera komplexa bensofuraner. Forskarna hoppas att deras ansträngningar kommer att bana väg för bättre läkemedel mot cancer, antibiotika, fungicider, herbicider och mer.

Värt att nämna, de potentiella tillämpningarna av nya högfunktionaliserade bensofuraner sträcker sig långt bortom läkemedel och agrokemi. De kan också användas som verktyg i biologisk forskning, som färgämnen och pigment för textilier, som dofter och till och med som organiskt-elektroniska eller fluorescerande material.

Nu återstår bara att fullända denna lovande syntesteknik och fortsätta leta efter fler sätt att kontrollera substituentmigrering. "Tillämpningar för utveckling av bioaktiva bensofuraner, syntes av olika heteroaromater genom liknande reaktionsmekanismer och teoretiska studier med densitetsfunktionella teoriberäkningar pågår i vårt laboratorium", säger Dr. Yoshida.

Mer information: Akihiro Kobayashi et al, Mycket substituerad benso[b ]furansyntes genom substituentmigrering, Chemical Communications (2024). DOI:10.1039/D4CC01192A

Journalinformation: Kemisk kommunikation

Tillhandahålls av Tokyo University of Science