Organiska föreningar inom kemiområdet sträcker sig från enkla kolväten till komplexa molekyler, med olika funktionella grupper som läggs till den huvudsakliga kolryggraden. Dessa funktionella grupper ger distinkta kemiska egenskaper till föreningarna och deltar i olika kemiska omvandlingar, vilket gör dem till viktiga prekursorer för syntesen av mer olika föreningar. Forskare har därför aktivt engagerat sig i att skapa molekyler som har nya och mycket reaktiva funktionella grupper.
En sådan klass av föreningar är dibensotiofener och deras derivat innehållande S-oxid eller S,S-dioxiddelar (svavelatomer bundna till en respektive två syreatomer). Dessa föreningar är av särskilt intresse inom områdena farmaceutisk vetenskap, materialkemi och kemisk biologi.
Dibensotiofener består av bensenringar smälta till en tiofenring - en femledad ring med fyra kolatomer och en svavelatom. När dibensotiofen S-oxider utsätts för UV-ljus frigör de atomärt syre, vilket är användbart för DNA-klyvning och oxidation av adenosin-S'-fosfosulfatkinas, ett enzym som är involverat i cellulära processer.
Dessutom kan S–O-bindningen aktiveras för att introducera olika funktionella grupper, vilket möjliggör skapandet av ett brett spektrum av molekyler med olika egenskaper och tillämpningar. Den konventionella metoden för att framställa funktionaliserade dibensotiofen S-oxider involverar tiofenringbildning följt av efterföljande S-oxidation. Denna reaktion är dock utmanande att genomföra.
För att ta itu med detta har docent Suguru Yoshida, Yukiko Kumagai, Akihiro Kobayashi och Keisuke Nakamura från Tokyo University of Science (TUS) utvecklat en enkel tvåstegsmetod för att syntetisera dibensotiofen S-oxider. Metoden involverar Suzuki-Miyaura-koppling av 2-bromoaryl-substituerade sulfinatestrar, följt av en intramolekylär elektrofil sulfinylering.
Detaljerna om metoden, publicerade i tidskriften Chemical Communications den 10 januari 2024, öppnar möjligheter för att skapa en mängd viktiga svavelhaltiga molekyler inom biovetenskapen som traditionellt var svåra att syntetisera med konventionella metoder.
"Dibensotiofenoxider väcker uppmärksamhet inom kemisk biologi och flera forskare har utvecklat en reaktion med dibensotiofenoxid, som nu kan syntetiseras med denna metod. Vi förväntar oss att denna forskning ska belysa livsfenomen som involverar reaktiva syrearter", förklarar Yoshida.
Suzuki-Miyaura-kopplingen är en allmänt använd organisk reaktion mellan boronsyror och organiska halogenider, vilket leder till bildandet av en ny kol-kolbindning. I den föreslagna metoden reagerar sulfinatestrar först med arylboronsyror i närvaro av en palladiumkatalysator. Därefter aktiveras de intermediära biarylföreningarna med Tf2 O, vilket leder till efterföljande cyklisering genom elektrofil aktivering.
Jämfört med den konventionella oxidationsmetoden för att syntetisera dibensotiofen, kan detta innovativa tillvägagångssätt utvecklat av Dr. Yoshida och hans team rymma ett brett spektrum av funktionella grupper, inklusive mycket reaktiva sådana, vilket möjliggör syntes av polysubstituerade dibensotiofenoxider som inte kunde uppnås tidigare.
Med hjälp av metoden syntetiserade forskarna dibensotiofenoxider med en o-silylaryltriflatdel, en förening som är användbar som ett arynegenereringsställe, men som tenderar att lätt skadas när de tillverkas med konventionella metoder.
O-silylaryltriflatdelen tjänar som en användbar reaktiv mellanprodukt och kan genomgå olika transformationer för att producera starkt substituerade arener. Den föreslagna metoden förenklar därför inte bara syntesmetoden utan öppnar också dörrar för en mängd olika dibensotiofen-S-oxider och deras derivat.
Den nya metoden är ett betydande steg framåt inom kemisk biologi. Framöver förutser forskarna att dessa föreningar kan hitta användbara tillämpningar inom olika forskningsområden, vilket banar väg för innovationer och upptäckter. "Den föreslagna metoden kan möjliggöra syntesen av polysubstituerade bensotiofenoxider, som förväntas vara användbara inom ett brett spektrum av forskningsområden", avslutar Yoshida.
Mer information: Yukiko Kumagai et al, Enkel syntes av dibensotiofen S-oxider från sulfinatestrar, Chemical Communications (2024). DOI:10.1039/D3CC05703H
Journalinformation: Kemisk kommunikation
Tillhandahålls av Tokyo University of Science
