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Angew. Chem. :光诱导甲硫醚α-C(sp3)-H键不对称官能团化反应

含硫分子具有化学性质多样、生物活性重要和功能不可替代等特点,在医药领域和化学生物学研究领域表现出巨大的价值。从合成含硫分子的角度,相比于传统的C-S构筑方法,对硫醚α-C(sp3)-H直接官能化是实现含硫分子后期修饰,拓展结构多样性的一种简洁高效策略。硫醚的α-C-H具有相对较高的键解离能93 kal/mol,且硫原子两侧的α-C-H化学性质相似,难于区分,因此同时兼顾反应活性与区域选择性,尤其实现立体选择性转化,这无疑是一项极具挑战性的任务。近年来,光化学和惰性C-H活化相结合的策略已成功应用于目标分子的合成与转化。在该领域中,关于光诱导硫醚的α-C-H官能化的研究只取得了有限的成功,目前报道的方法仅限于外消旋形式,对新形成的立体中心缺乏有效的立体控制。因此,发展光化学反应实现对α-硫代烷基自由基的立体控制,是对含硫化物立体选择性修饰现有技术的重要补充。


最近,深圳湾实验室冯小明教授团队使用手性双氮氧-镓(III)配合物(冯催化剂)作为催化剂,靛红作为光氧化还原试剂和偶联试剂,发展了一种新型的硫醚α-C(sp3)-H不对称官能团化方法,该方法是通过单电子转移(SET)机制实现甲硫醚α-C(sp3)-H键活化,并具有高度的化学选择性、位点选择性以及立体选择性(图1)。

图 1. 光化学中硫醚的直接α-C(sp3)-H官能团化

该工作中,对硫醚化合物中的各种官能团,如甲氧基、羰基、酯基、卤素、硫氰基团和酰胺基,都具有良好的相容性(图2)。更重要的,非对称脂肪族硫醚含有多个C-H活化位点,该反应体系仍然呈现出独有的S-Me位点选择性。

图 2. 硫醚及相关药物的底物范围

甲硫氨酸结构在许多生物活性物质和药物中普遍存在,作者成功将该方法应用于含S-Me的氨基酸和多肽的直接后期手性修饰,表现出了优异的区域和立体选择性(图3)。这些初步结果表明有可能将光诱导含硫多肽(或蛋白质)C(sp3)-H官能化方法应用于化学生物学领域的研究。

图 3. 含硫氨基酸及多肽后期结构修饰

基于光谱分析、电化学测试、自由基捕获、动力学及Hammett方程等控制实验和表征,作者提出了可能的反应途径。如图4所示,在可见光照射下,激发的手性配合物I*具有高还原电位,通过SET过程得到羟吲哚酮自由基阴离子II和硫自由基阳离子III。接下来,III中的酸性α-C(sp3)-H键发生去质子化过程生成手性羟吲哚酮自由基IV和α-硫甲基自由基V。α-硫代甲基自由基倾向于进攻中间体IV的空间位阻较小的Re面,得到S构型产物C。

图 4. 反应途径

文信息

Photoinduced Chemo-, Site- and Stereoselective α-C(sp3)−H Functionalization of Sulfides

Dr. Zhenda Tan, Shibo Zhu, Dr. Yangbin Liu, Prof. Dr. Xiaoming Feng


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202203374


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