Organische verbindingen op het gebied van de chemie variëren van eenvoudige koolwaterstoffen tot complexe moleculen, waarbij diverse functionele groepen worden toegevoegd aan de belangrijkste koolstofruggengraat. Deze functionele groepen verlenen verschillende chemische eigenschappen aan de verbindingen en nemen deel aan verschillende chemische transformaties, waardoor ze belangrijke voorlopers zijn voor de synthese van meer diverse verbindingen. Wetenschappers zijn daarom actief bezig geweest met het creëren van moleculen met nieuwe en zeer reactieve functionele groepen.

Eén zo'n klasse verbindingen zijn dibenzothiofenen en hun derivaten die S-oxide- of S,S-dioxide-eenheden bevatten (zwavelatomen gebonden aan respectievelijk één en twee zuurstofatomen). Deze verbindingen zijn van bijzonder belang op het gebied van de farmaceutische wetenschappen, materiaalchemie en chemische biologie.

Dibenzothiofenen bestaan ​​uit benzeenringen gefuseerd aan een thiofeenring - een vijfledige ring met vier koolstofatomen en één zwavelatoom. Wanneer dibenzothiofeen S-oxiden worden blootgesteld aan UV-licht, geven ze atomaire zuurstof vrij, wat nuttig is voor DNA-splitsing en oxidatie van adenosine-S'-fosfosulfaatkinase, een enzym dat betrokken is bij cellulaire processen.

Bovendien kan de S-O-binding worden geactiveerd om verschillende functionele groepen te introduceren, waardoor een breed scala aan moleculen met uiteenlopende eigenschappen en toepassingen kan worden gecreëerd. De conventionele methode voor het produceren van gefunctionaliseerde dibenzothiofeen-S-oxiden omvat de vorming van een thiofeenring gevolgd door daaropvolgende S-oxidatie. Deze reactie is echter een uitdaging om uit te voeren.

Om dit aan te pakken hebben universitair hoofddocent Suguru Yoshida, Yukiko Kumagai, Akihiro Kobayashi en Keisuke Nakamura van de Tokyo University of Science (TUS) een eenvoudige tweestapsmethode ontwikkeld voor de synthese van dibenzothiofeen S-oxides. De methode omvat de Suzuki-Miyaura-koppeling van 2-broomaryl-gesubstitueerde sulfinaatesters, gevolgd door een intramoleculaire elektrofiele sulfinylatie.

De details van de methode, gepubliceerd in het tijdschrift Chemical Communications op 10 januari 2024 opent mogelijkheden voor het creëren van een verscheidenheid aan belangrijke zwavelhoudende moleculen in de levenswetenschappen die traditioneel moeilijk te synthetiseren waren met behulp van conventionele methoden.

"Dibenzothiofeenoxiden trekken de aandacht op het gebied van de chemische biologie, en verschillende onderzoekers hebben een reactie ontwikkeld met behulp van dibenzothiofeenoxide, die nu met behulp van deze methode kan worden gesynthetiseerd. We verwachten dat dit onderzoek levensverschijnselen waarbij reactieve zuurstofsoorten betrokken zijn, zal ophelderen", legt Yoshida uit.

De Suzuki-Miyaura-koppeling is een veelgebruikte organische reactie tussen boorzuren en organische halogeniden, die leidt tot de vorming van een nieuwe koolstof-koolstofbinding. In de voorgestelde methode reageren sulfinaatesters eerst met arylboorzuren in aanwezigheid van een palladiumkatalysator. Vervolgens worden de tussenliggende biarylverbindingen geactiveerd met Tf₂ O, leidend tot daaropvolgende cyclisatie door elektrofiele activering.

Vergeleken met de conventionele oxidatiemethode voor het synthetiseren van dibenzothiofeen, kan deze innovatieve aanpak, ontwikkeld door Dr. Yoshida en zijn team, een breed scala aan functionele groepen huisvesten, waaronder zeer reactieve groepen, waardoor de synthese van polygesubstitueerde dibenzothiofeenoxides mogelijk wordt die eerder niet haalbaar waren.

Met behulp van de methode synthetiseerden de onderzoekers dibenzothiofeenoxiden met een o-silylaryltriflaatgroep, een verbinding die nuttig is als plaats voor het genereren van aryn, maar die de neiging heeft gemakkelijk beschadigd te raken wanneer deze met conventionele methoden wordt geproduceerd.

De o-silylaryltriflaatgroep dient als een nuttig reactief tussenproduct en kan verschillende transformaties ondergaan om sterk gesubstitueerde arenen te produceren. De voorgestelde methode vereenvoudigt daarom niet alleen de synthesemethode, maar opent ook deuren voor een breed scala aan dibenzothiofeen S-oxiden en hun derivaten.

De nieuwe methode is een belangrijke stap voorwaarts op het gebied van de chemische biologie. In de toekomst verwachten de onderzoekers dat deze verbindingen nuttige toepassingen kunnen vinden in diverse onderzoeksgebieden, wat de weg vrijmaakt voor innovaties en ontdekkingen. "De voorgestelde methode kan de synthese mogelijk maken van polygesubstitueerde benzothiofeenoxides, die naar verwachting bruikbaar zullen zijn in een breed scala aan onderzoeksgebieden", besluit Yoshida.

Meer informatie: Yukiko Kumagai et al, Gemakkelijke synthese van dibenzothiofeen S-oxiden uit sulfinaatesters, Chemische communicatie (2024). DOI:10.1039/D3CC05703H

Journaalinformatie: Chemische communicatie

Aangeboden door de Tokyo University of Science