华东师大学者研制第三代过硫试剂 快捷获取非对称过硫(R1SSR2)化合物

时间:2018-06-21浏览:241设置

    近期校化学与分子工程学院姜雪峰课题组再次在《自然-通讯(X. Xiao,  J. Xue, X.  Jiang,* Nat. Commun.,  20189DOI:10.1038/s41467-018-04306-5.) 上报道了第三代新型亲电过硫试剂(RSSOMe),通过该试剂可以方便快捷地获取非对称过硫(R1SSR2)化合物。

校化学与分子工程学院姜雪峰课题组再次在《自然-通讯上报道第三代新型亲电过硫试剂(RSSOMe)

硫是生命组成必须的六大元素之一。有机硫化物广泛存在于生命体之中,如蛋白质、维生素B1、维生素H等。过硫,即S-S结构,是两个巯基(-SH)被氧化而形成的硫原子之间的化学键,含该结构单元的化合物广泛存在并且十分重要,在生命科学、天然产物化学、药物化学、食品化学等领域中扮演着独特角色。

二硫键的形成使蛋白质肽链的空间结构立体专一、紧凑密实。当其被还原成巯基之后,会使蛋白质结构暂时“松绑”,实现相关功能转化、遗传复制;重新氧化后,二硫键又会按照原先的配对重新组合“搭桥”,这就是著名的通过二硫键形成构建蛋白质二三级折叠结构的过程。 

硫硫键也广泛存在于现代药物结构当中,是药物结构的重要组成单元。例如:在肽类药物中,采用过硫键缓慢释放硫醇的过程达到药物缓慢释放的效果,从而提高药物的药效时间和利用度。

  

“长江学者奖励计划”青年学者姜雪峰

同时,过硫化合物与食品科学也有着紧密的联系。过硫化合物天然存在于蔬菜水果等食物中,如大蒜、洋葱等葱属科蔬菜和榴莲等水果。其中,大蒜素(Allicin)广泛存在于葱属类植物(大蒜、洋葱等)当中,是一种含有过硫键的烯丙醚结构,对多种革兰氏阳性和阴性菌均有抗菌作用,对杆菌、真菌、病毒、阿米巴原虫、阴道滴虫、蛲虫等均有独特的抑制和杀灭作用。

鉴于过硫化合物举足轻重的角色,有机合成化学家一直期待一种新方法来高效构建这类重要而敏感的结构。就目前而言,高效实用地构建不对称过硫的方法几乎没有。多数情况下还是采用双预官能化的硫醇(酚)亲核取代。这原子经济性、步骤经济性以及环保评价方面都无法满足现代化学的需求。

我校姜雪峰课题组一直致力于有机硫化学的研究:2015年报道了以两种廉价无臭的含硫“无机盐”亚磺酸钠盐(RSO2Na)和硫代硫酸钠盐(RS2O3Na)为原料,通过价态归中策略构建过硫(Chem.  Commun., 2015, 51,  4208)。2016年又发展了一类新型稳定无臭双硫化试剂(RSSAc),通过与各种金属试剂发生氧化偶联构建非对称过硫分子(Angew. Chem. Int.  Ed., 2016‚ 55‚14121)。2018姜雪峰课题组再次在《自然-通讯(X. Xiao, J. Xue, X. Jiang,* Nat. Commun., 20189DOI:10.1038/s41467-018-04306-5.) 上报道了第三代新型的亲电过硫试剂(RSSOMe),通过该试剂可以方便快捷地获取非对称过硫(R1SSR2)化合物。

  

姜雪峰课题组一直致力于有机硫化学的研究

运用不同价态硫的反歧化归中原理构建非对称有机过硫化合物,无机硫源既是优势也是弊端。有机结构中通常不具有无机硫结构,那么硫源的引入就成问题。目前,所有已知构建过硫的策略都是通过形成硫硫键的方式来实现的,如果能够一次直接引入“双硫”,那就可以在步骤经济性、原子经济性上突破前述瓶颈。

然而,S-S键平均键能为65  kcal/mol,S-C键平均健能为75  kcal/mol,如何保持一个较弱的键并且断裂一个较强的键,成了这一设计遇到的第一个科学挑战。他们通过S-S端安装一个“面具”的策略来降低S-C键动力学稳定性,提高S-S键的热力学稳定性。通过这一试剂的设计,该课题组制备了多种过硫化试剂,以高效绿色的条件应用于各类偶联转化中(X. Xiao, M. Feng, X.  Jiang,* Angew. Chem. Int.  Ed.,2016‚ 55‚  14121-14125.)。当建立起了第二代过硫化试剂后,他们还发现许多合成应用体系,除了需求亲电型过硫化试剂外,还需要亲核型过硫化试剂。

第三代新型的亲电过硫试剂(RSSOMe)可以用于温和条件氮杂过硫(R1R2NSSR3)以及三硫(R1SSSR2)化合物合成,实现一系列天然产物、药物、生命单元分子(糖、氨基酸、寡肽、维生素、磺胺药物)的后期修饰,为新型多硫药物的发现提供了重要途径

除了以上过硫化试剂之外,姜雪峰课题组一直致力于绿色硫化试剂的发展,围绕新型硫化试剂发展与硫转移反应的系统性建立,先后实现了分子内硫转移(Org.  Lett. 2013, 15, 2594)、分子间硫转移(Org. Lett. 2014, 16, 1212)、转胺为硫(Org. Lett. 2014,  16, 2692)、水相硫化(Chem. Commun. 2015, 51, 941)、光致硫化(Chem. Eur. J., 2015, 21,  16059)、氧化硫化(Chem. Commun., 2015, 51, 10295)、硫酰胺化(Org. Lett., 2016, 18,  340)、插羰硫化(Org. Lett., 2016, 18, 1550)、硫碘交换(Org. Lett., 2016, 18,  5756)、硫碘插入(Chem. Commun., 2017, 53, 2918)、调控硫化(ACS Catalysis, 2017, 7,  7587)、硫代内酯(Org. Chem.  Front., 2018, 5, accepted.)、光介导硫(Chem. Asian J., 2018, 13, accepted.)、碳氢硫化(Chin. J. Chem. 2018, 36,accepted.)、含硫多肽(Chin. Chem. Lett., 20182910.1016/j.cclet.2018.05.026.)等硫化新方法,可以步骤经济性、高兼容性地对药物进行无官能团保护的直接后期硫化修饰,方便快速地得到含硫类药物分子库。



阅读原文:《Polysulfurating Reagent Design for  Unsymmetrical Polysulfide Construction》, Nat. Commun., 2018‚ 9‚ 2191.  DOI:10.1038/s41467-018-04306-5.



图|陈颖 文、来源|化学与分子工程学院 编辑|吕安琪


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