Liaison chalcogène

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 4793 (2022) Citer cet article

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L'isomérisation conformationnelle peut être guidée par des interactions faibles telles que les interactions de liaison chalcogène (ChB). Nous rapportons ici une stratégie catalytique pour l’accès asymétrique aux sulfoxydes chiraux en employant des interactions d’isomérisation conformationnelle et de liaison chalcogène. La réaction implique un sulfoxyde portant deux fragments aldéhyde comme substrat qui, selon l'analyse structurelle et les calculs DFT, existe sous forme de mélange racémique en raison de la présence d'une liaison chalcogène intramoléculaire. Cette liaison chalcogène formée entre l'aldéhyde (atome d'oxygène) et le sulfoxyde (atome de soufre), induit un effet de verrouillage conformationnel, faisant ainsi du sulfoxyde symétrique un racémate. En présence de carbène N – hétérocyclique (NHC) comme catalyseur, le fragment aldéhyde activé par la liaison chalcogène réagit sélectivement avec un alcool pour donner les produits sulfoxydes chiraux correspondants avec d'excellentes puretés optiques. Cette réaction implique un processus de résolution cinétique dynamique (DKR) activé par le verrouillage conformationnel et l'isomérisation facile par des interactions de liaison chalcogène.

Les interactions non covalentes basées sur les liaisons hydrogène1,2,3 et halogène4,5,6,7 représentent un mode d'activation puissant et prometteur en synthèse catalytique. Cependant, la liaison chalcogène est une nouvelle classe d'interactions non covalentes faibles entre l'atome de chalcogène (S, Se, Te) et la base de Lewis (Fig. 1a), qui n'a attiré l'attention que ces dernières années . Dans les systèmes vivants, les interactions de liaison chalcogène jouent un rôle crucial dans la régulation des conformations protéiques11 et la préservation de certaines activités enzymatiques12,13 (Fig. 1b). Ces interactions ont également été étudiées dans les domaines de la chimie du solide14, de la reconnaissance des anions15,16,17, de l'assemblage supramoléculaire18,19,20 et de la conception de médicaments21,22. Par exemple, on pense que l’effet de verrouillage conformationnel induit par les liaisons chalcogènes améliore les bioactivités de plusieurs produits pharmaceutiques commerciaux tels que l’acétazolamide23 et la sélénazofurine24. (Fig. 1b). Contrairement aux applications relativement larges dans la conception de molécules fonctionnelles, les liaisons chalcogènes sont beaucoup moins explorées en tant qu'outils efficaces pour la catalyse et la synthèse organique, en particulier dans les réactions asymétriques25. L’utilisation de liaisons chalcogènes (ChB) pour la catalyse n’a reçu une attention raisonnable que ces dernières années26,27. Comme l'ont divulgué Matile28,29, Huber30,31 et Wang32,33,34, la clé est d'installer des donneurs de liaisons chalcogènes sur les catalyseurs qui peuvent interagir avec le substrat pour les activations catalytiques (Fig. 1c). La majeure partie du succès d'une catalyse efficace provient des interactions de liaison cationique chalcogène, dans lesquelles des charges cationiques sont introduites pour diminuer la densité électronique de l'atome de chalcogène afin d'améliorer l'interaction de liaison chalcogène. Malgré ces progrès impressionnants, le développement d'une catalyse efficace par liaison chalcogène reste lent, et les preuves de la présence de liaison chalcogène dans les réactions catalytiques reposent principalement sur les spectres RMN in situ (13C, 77Se)27,32,33,34,35, UV- analyse vis et nanoESI-MS15. Nous postulons qu'une partie des raisons réside dans les difficultés de conception de ces complexes stables liés au chalcogène entre les catalyseurs et les substrats.

une liaison Chalcogène (ChB). b ChB dans les systèmes vivants, les médicaments et les produits agrochimiques. c ChB intermoléculaire (cationique) en catalyse organique. d ChB intramoléculaire (neutre) du substrat comme outil permettant la synthèse asymétrique (de sulfoxydes chiraux). e Exemples de sulfoxydes chiraux fonctionnels.

Nous sommes particulièrement motivés par le fait que de telles interactions intramoléculaires sont largement présentes (ou peuvent être facilement installées) à la fois dans les macro18,19,20 et les petites molécules d'origine naturelle11,12,13 ou par synthèse chimique25,26,27,28,29. ,30,31,32,33,34,36. Il est également encourageant d’observer que la liaison chalcogène de manière intramoléculaire peut être conçue de manière facilement prévisible et modulaire21,22,23,24. Par exemple, Tomada et al ont rapporté un réactif de sélénénylation chirale portant l'interaction intramoléculaire N-Se pour rigidifier la molécule entière . Par la suite, Wirth a étendu ce concept aux interactions O-Se et a réalisé la fonctionnalisation asymétrique des alcènes38. De plus, Smith et al ont prouvé que les interactions transitoires de liaison chalcogène intramoléculaires constituaient la force cruciale dans le contrôle de la stéréosélectivité. Sur la base de ces applications stimulantes des ChBs intramoléculaires45,46,47,48, nos intérêts portent sur l'utilisation d'interactions de liaisons chalcogènes intramoléculaires pour les régulations conformationnelles et les transformations chimiques sélectives.