含硫化合物,药物分子的“秘密武器”。
从青霉素到抗癌药,硫原子无处不在。其中硫手性中心化合物——分子中硫原子充当“手性中心”——因其独特的立体化学性质,在药物研发中备受青睐。但构建这类含硫手性中心,尤其是直接在硫原子上引入氟原子形成磺酰亚胺氟化物,一直是个巨大挑战。传统方法往往步骤繁琐、立体选择性难以控制。
南昌大学熊小东教授与复旦大学张俊良教授团队,想出一个巧妙解法。
他们开发了一种动态动力学不对称氟化策略,利用手性磷酸根阴离子作为“模板”,在温和条件下高效、高选择性地构建了含硫手性中心的磺酰亚胺氟化物。成果于2026年7月24日发表于《自然·通讯》。
该策略通过一锅法,将容易制备的硫代酰胺依次进行氧化氟化、水解和动态动力学不对称氟化,直接获得对映体富集的磺酰亚胺氟化物。该方法底物普适性广,对各种取代的芳基硫代酰胺均表现出优异的产率和对映选择性。
硫代酰胺本身没有手性。熊小峰团队的策略关键在于:在反应过程中原位创建一个“手性环境”。
他们利用手性磷酸催化剂与Selectfluor(亲电氟化试剂) 相互作用,原位生成一个带正电荷的手性离子对。这个离子对中的手性磷酸根阴离子,通过氢键和空间位阻作用,像一个“模板”,识别并稳定底物分子在反应过渡态的特定构型。底物在碱的促进下持续发生消旋化,而催化剂则选择性地将其中一种构型的底物进行氟化,通过“动态动力学拆分”,将反应平衡不断推向高光学纯度的产物。
温和高效:反应在室温下进行,无需苛刻条件。
一锅法简洁操作:从简单原料出发,避免了繁琐的中间体分离。
底物普适性强:对含各种吸电子或给电子取代基的芳香族硫代酰胺,以及多种N-酰基取代底物,均能获得高产率(最高91%)和优异对映选择性(高达96:4 er)。
产物是“万能连接件”:所得磺酰亚胺氟化物可作为硫(VI)氟交换(SuFEx)反应的理想底物,通过立体专一性转化,便捷地构建结构多样的硫手性分子库,包括:
与格氏试剂反应 → 亚磺酰亚胺
与酚类反应 → 磺酰亚胺酸酯
与胺类反应 → 磺酰亚胺酰胺
上述转化均能高保真地保持产物的对映体纯度。该方法还可用于药物分子(如氯吡格雷、帕罗西汀等)的后期修饰。
控制实验和理论计算表明,反应经历一个动态动力学拆分过程:硫代酰胺先被氧化水解为消旋的亚磺酰胺;在碱存在下,亚磺酰胺发生快速消旋化;而手性磷酸根阴离子与其中一种构型的亚磺酰胺形成更稳定的氢键复合物,从而引导氟化反应选择性地生成单一构型的产物。DFT计算揭示了该过程中立体选择性的起源:手性磷酸根阴离子在过渡态中与底物形成更强的氢键相互作用,同时其空间位阻也优先稳定了生成主要产物的过渡态。
Figure 4(机理研究)
论文信息:Counteranion-mediated dynamic kinetic asymmetric fluorination to access sulfur-stereogenic center,Nature Communications,2026,DOI: 10.1038/s41467-026-76036-y
总结:
利用手性磷酸根阴离子作为“手性模板”→通过动态动力学拆分实现不对称氟化→高收率(≤91%)高对映选择性(≤96:4 er)构建磺酰亚胺氟化物→产物经SuFEx反应可模块化构筑各类硫手性分子→药物分子后期修饰。
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