Ligação calcogênio

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 aldeído como substrato que, de acordo com a análise estrutural e cálculos de DFT, existe como uma mistura racêmica devido à presença de uma ligação calcogênica intramolecular. Esta ligação de calcogênio formada entre aldeído (átomo de oxigênio) e sulfóxido (átomo de enxofre), induz um efeito de bloqueio conformacional, tornando assim o sulfóxido simétrico como um racemato. Na presença de carbeno N-heterocíclico (NHC) como catalisador, a porção aldeído ativada pela ligação calcogênio reage seletivamente com um álcool para fornecer os produtos sulfóxido quirais correspondentes com excelentes purezas ópticas. Esta reação envolve um processo de resolução cinética dinâmica (DKR) habilitado por bloqueio conformacional e isomerização fácil por interações de ligação de calcogênio.

Interações não covalentes baseadas em ligações de hidrogênio 1,2,3 e ligações de halogênio 4,5,6,7 representam um modo de ativação poderoso e promissor na síntese catalítica. No entanto, a ligação 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 a atenção apenas nos últimos anos . Nos sistemas vivos, as interações de ligação do calcogênio desempenham um papel crucial na regulação das conformações das proteínas e na preservação de certas atividades enzimáticas (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 medicamentos21,22. Por exemplo, acredita-se que o efeito de bloqueio conformacional induzido por ligações de calcogênio aumenta as bioatividades de múltiplos produtos farmacêuticos comerciais, como Acetazolamida23 e Selenazofurina24. (Fig. 1b). Em contraste com as aplicações relativamente amplas no projeto de moléculas funcionais, as ligações de calcogênio são muito menos exploradas como ferramentas eficazes para catálise e síntese orgânica, especialmente em reações assimétricas . O uso da ligação de calcogênio (ChB) para catálise recebeu atenção razoável apenas nos últimos anos . Conforme divulgado por Matile28,29, Huber30,31 e Wang32,33,34, a chave é instalar doadores de ligações de calcogênio aos catalisadores que possam interagir com o substrato para ativações catalíticas (Fig. 1c). A maior parte do sucesso da catálise eficaz vem das interações de ligação de calcogênio catiônicas, nas quais 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 uma catálise eficaz de ligação de calcogênio permanece lento, e as evidências da presença de ligação de calcogênio em reações catalíticas dependem principalmente de espectros de RMN in situ (13C, 77Se)27,32,33,34,35, UV- análise vis e nanoESI-MS15. Postulamos que parte das razões reside nas dificuldades em projetar esses complexos estáveis ​​ligados ao calcogênio entre catalisadores e substratos.

uma ligação calcogênio (ChB). b ChB em sistemas vivos, medicamentos e agroquímicos. c ChB intermolecular (catiônico) em catálise orgânica. d ChB intramolecular (neutro) de substrato como ferramentas facilitadoras para 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 facilmente instaladas) tanto em macro18,19,20 quanto em pequenas moléculas de origem natural11,12,13 ou de 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 modulares e facilmente previsíveis . Por exemplo, Tomada et al relataram um reagente de selenenilação quiral contendo a interação intramolecular N-Se para enrijecer a molécula inteira . Posteriormente, Wirth estendeu este conceito para interações O-Se e alcançou a funcionalização assimétrica de alcenos . Além disso, as interações transitórias de ligação de calcogênio intramolecular foram comprovadas por Smith et al, que foram a força crucial no controle da estereosseletividade . Com base nessas aplicações instigantes de ChBs intramoleculares, nossos interesses estão direcionados para o emprego de interações de ligação de calcogênio intramoleculares para regulações conformacionais e transformações químicas seletivas.