Wetenschap
Het ontsluiten van complexe zwavelmoleculen:een nieuwe benadering voor de synthese van gefunctionaliseerde benzeenthiolequivalenten
Organische zwavelverbindingen, organische verbindingen die zwavel bevatten, zijn van vitaal belang in biologische processen en onderzoeksgebieden zoals farmaceutische producten, biomedische beeldvorming, landbouw en elektronica. Verbindingen zoals fenothiazine, thianthreen en thienothiofeen, die organozwavelskeletten bevatten, spelen een cruciale rol in deze domeinen.
Er zijn meerdere methoden ontwikkeld waarbij o-broombenzeenthiolen worden gebruikt als de belangrijkste component om deze verbindingen te synthetiseren. Dit is voornamelijk te danken aan de hoge reactiviteiten van het thiol (zwavelatoom gebonden aan een waterstofatoom) en broomeenheden van o-broombenzeenthiolen, verbindingen die een broomatoom bevatten dat vastzit aan posities één of twee (orthopositie) in een benzeenring naast een zwavelatoom.
Conventionele methoden om o-broombenzeenthiolen te produceren omvatten de toevoeging van broom aan aniline, en vervolgens het gebruik van diazoniumtussenproducten voor de toevoeging van zwavel. Dit proces brengt uitdagingen met zich mee, waaronder de selectieve toevoeging van broom op de ortho-positie, moeilijkheden bij het werken met bepaalde chemische groepen en de neiging van o-broombenzeenthiolen om gemakkelijk in de lucht te oxideren, waardoor onaangename geuren vrijkomen.
Onlangs hebben wetenschappers een nieuwe methode gevonden met een groot potentieel om verschillende complexe aromatische verbindingen te synthetiseren door selectief moleculen aan aryn-tussenproducten toe te voegen. Ondanks dit succes was het echter lastig om o-broombenzeenthiolen te creëren door een broommolecuul en een thiolgroep aan deze tussenproducten toe te voegen. Dit komt omdat de zwavelhoudende verbindingen sterk reageren met de arynmoleculen, waardoor het moeilijk wordt om het proces onder controle te houden.
Om deze uitdaging aan te gaan, hebben universitair hoofddocent Suguru Yoshida en de heer Shinya Tabata, van de afdeling Biologische Wetenschappen en Technologie, Faculteit Geavanceerde Techniek van de Tokyo University of Science, een nieuwe methode ontwikkeld.
Prof. Yoshida legt uit:"We hebben een methode ontwikkeld voor het synthetiseren van stabiele o-broombenzeenthiolequivalenten door broomthiolering van aryn-tussenproducten met een geschikt waterstofsulfide-equivalent en een elektrofiel bromeringsreagens, resulterend in gecontroleerde reactiviteit aan het zwavelatoom, wat daaropvolgende toevoegingen met aryn-tussenproducten voorkomt. "
De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Organic Letters .
De onderzoekers gebruikten kaliumxanthaat in plaats van waterstofsulfide, vanwege de betere reactiviteit bij arynreacties en pentafluorfenylbromide als elektrofiel bromeringsreagens. Dankzij deze combinatie konden ze op efficiënte wijze complexe o-broombenzeenthiolequivalenten produceren, arylxanthaten genaamd.
Deze methode toonde met name een goede tolerantie voor verschillende chemische groepen en voorkwam de vorming van ongewenste producten. Met behulp van arylxanthaten bereidden de onderzoekers diverse hooggefunctionaliseerde organozwavelverbindingen, zoals fenothiazinen en thianthrenen, met behulp van eenvoudige protocollen zonder enige vieze geur, dankzij de hoge stabiliteit van de verbindingen.
Met gemakkelijk verkrijgbare arynvoorlopers en veelzijdige transformaties die haalbaar zijn met behulp van o-broombenzeenthiolen, maakte deze methode de synthese mogelijk van een grote verscheidenheid aan organozwavelverbindingen met sterk gefuseerde organozwavelskeletten. Bovendien heeft deze methode het potentieel om het aantal stappen in de synthese van meervoudig gesubstitueerde organozwavels, die bijdragen aan de ontdekking van geneesmiddelen in de farmaceutische wetenschappen, aanzienlijk te verminderen.
"Met onze methode is het nu mogelijk om zwavelhoudende verbindingen te synthetiseren met complexe structuren die moeilijk te bereiken zijn met behulp van conventionele methoden. Het kan de ontwikkeling mogelijk maken van nieuwe organozwavelverbindingen die kunnen leiden tot de ontdekking van nieuwe medicijnen, milieuvriendelijke landbouwchemicaliën voor duurzame landbouw, geavanceerde materialen en organische elektronica", merkt prof. Yoshida op, waarmee hij de potentiële toepassingen van hun onderzoek onderstreept.
Deze studie opent nieuwe mogelijkheden voor de synthese van organische zwavelverbindingen met diverse toepassingen op vele gebieden. "Verdere onderzoeken naar de uitbreiding van de reikwijdte en toepassingen van deze methode voor de synthese van bioactieve organische zwavelverbindingen zijn aan de gang in ons laboratorium", besluit prof. Yoshida.