正文
噻唑和異噻唑類化合物是是藥物和農(nóng)用化學(xué)品中的重要結(jié)構(gòu)骨架。此類化合物的合成通常是根據(jù)具體實(shí)際情況來(lái)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的。然而在有些時(shí)候,由于缺乏針對(duì)特定目標(biāo)的可靠合成方法,使得合成過(guò)程具有很大的困難,甚至?xí)璧K特定化合物的進(jìn)一步研究。最近,德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)Alessandro Ruffoni和Daniele Leonori課題組聯(lián)合報(bào)道了在光照射下,噻唑、異噻唑、苯并[d]異噻唑、吲唑、吡唑和異噁唑等一系列唑類化合物通過(guò)對(duì)π, π*單線態(tài)軌道的填充,并經(jīng)歷了一系列的結(jié)構(gòu)重排,從而實(shí)現(xiàn)了環(huán)系及取代基的整體重構(gòu)(Fig. 1)。
(圖片來(lái)源:Nature)
首先,作者專注于單取代噻唑/異噻唑的結(jié)構(gòu)重排,并評(píng)估了具有六個(gè)含苯基衍生物11-16的反應(yīng)性(Fig. 2a)。通過(guò)對(duì)光化學(xué)穩(wěn)定性的初步研究,作者確定了C4-苯基噻唑12和C3-苯基異噻唑14在室溫光照(λ = 310 nm,16小時(shí))下在幾種溶劑中基本穩(wěn)定。接下來(lái),作者探索其它衍生物轉(zhuǎn)化為12和/或14的合成方法。通過(guò)一系列的探索,作者發(fā)現(xiàn)電子效應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)化的定向性影響很小,這由將11-16的p-OMe和p-CF3衍生物置于類似的反應(yīng)條件中的結(jié)果得到證明。
隨后,作者通過(guò)計(jì)算對(duì)11?12與11?14的轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究,初步了解了重排過(guò)程的定向性(Fig. 2b)。在光照下,11填充了其處于π,π*構(gòu)型的單線態(tài)激發(fā)態(tài)。以上確定了S1/S0錐形交叉是無(wú)障礙的,并導(dǎo)致Dewar中間體B1的形成。雖然此物種可以轉(zhuǎn)化為11,但通過(guò)“硫原子行走”到B2的能壘更低。這個(gè)共價(jià)鍵互變異構(gòu)體在熱力學(xué)上更加穩(wěn)定,并且可以通過(guò)電環(huán)裂合環(huán)得到12。作者基于其光穩(wěn)定性的觀察得出,其光激發(fā)應(yīng)該在熱弛豫后形成而不是形成B2后進(jìn)行的。確實(shí),其對(duì)應(yīng)的S1/S0錐形交叉點(diǎn)在幾何上與11的錐形交叉點(diǎn)有很大不同,并且與基態(tài)12非常相似。作者認(rèn)為這可能是控制排列定向性的關(guān)鍵因素。此外,作者還考慮了從B2進(jìn)行進(jìn)一步的“硫原子行走”,因?yàn)檫@可能會(huì)導(dǎo)致14的B3的形成。通過(guò)分析作者得出通過(guò)B2形成12在熱力學(xué)上是可行的。然而,由于B2?B3的轉(zhuǎn)化也是一個(gè)可以達(dá)到的能壘,作者提出溶劑效應(yīng)足以干擾整個(gè)體系,從而在特定條件下形成14。
(圖片來(lái)源:Nature)
為了繼續(xù)探索這種重排方法的反應(yīng)性,作者在對(duì)一系列連有Ph、Me和H取代基的噻唑/異噻唑衍生物進(jìn)行了探索(Fig. 3a)。一般來(lái)說(shuō),底物遵循了在六個(gè)Ph取代的衍生物11-16中得出的反應(yīng)性趨勢(shì)。因此,C2-Ph-噻唑類化合物21和22分別轉(zhuǎn)化為28(途徑a)或23(途徑b)以及24(途徑d)或27(途徑c),產(chǎn)率中等。有趣的是,盡管22的重構(gòu)需要添加Et3N,但作者偶然發(fā)現(xiàn)N,N'-二甲基硫脲(DMT)有助于改善21的反應(yīng)產(chǎn)率。C5-Ph-噻唑類化合物25在MeOH中照射后選擇性的得到了異噻唑29(途徑f)或210(途徑e),這主要是由于Et3N的存在。異構(gòu)體26只能轉(zhuǎn)化為29(途徑g),這種重構(gòu)過(guò)程的產(chǎn)率較高。最后,C4-Ph-異噻唑類化合物210可以得到噻唑24(途徑h),而C5-異噻唑類化合物211和212被選擇性地轉(zhuǎn)化為23(途徑j)或28(途徑i)以及29(途徑k)或27(途徑l)。
接下來(lái),作者評(píng)估了吸電子的酯基官能團(tuán)的影響(Fig. 3b)。隨后由于缺乏合成方法,無(wú)法完成合成出所有的苯基和酯二取代衍生物。但通過(guò)排列化學(xué),可以方便地得到異噻唑37,并進(jìn)一步證明其與噻唑33一樣具有光穩(wěn)定性。因此,在作者鑒定的六種可能的噻唑衍生物中,作者發(fā)現(xiàn)31、32和34均具有反應(yīng)性。此外,三氟甲基同樣可以兼容??偟膩?lái)說(shuō),作者通過(guò)對(duì)這三類底物(11-16;21-212;31-37)的評(píng)估為實(shí)驗(yàn)提供了指導(dǎo)。
(圖片來(lái)源:Nature)
接下來(lái),作者應(yīng)用此策略實(shí)現(xiàn)了含有三個(gè)不同取代基的噻唑121-171的轉(zhuǎn)化,分別以26-82%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的重排產(chǎn)物122-172,以及以35-68%的產(chǎn)率得到異噻唑產(chǎn)物123-173(Fig. 4a)。此外,此策略還可以擴(kuò)展到雙環(huán)噻唑,以30-67%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的異噻唑產(chǎn)物182-232(Fig. 4b)。值得注意的是,此策略還可以拓展到其它的唑類化合物,包括苯并[d]異噻唑、吲唑、吡唑和異噁唑均可順利參與反應(yīng),得到相應(yīng)的產(chǎn)物242-292(Fig. 4c)。
(圖片來(lái)源:Nature)
為了進(jìn)一步證明此轉(zhuǎn)化的實(shí)用性,作者探索了生物活性分子在此轉(zhuǎn)化中的兼容性(Fig. 5)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,包括吲哚天然產(chǎn)物camalexin (301),抗糖尿病試劑azoramide (311),Venglustat (331),VHL 配體 (341),Febuxostat (351),fentiazac (361), Aztreonam (371),abafungin (381),lurasidone (391)在內(nèi)的復(fù)雜生物活性分子均可順利參與轉(zhuǎn)化,以22-90%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的產(chǎn)物302-392,303-323,353,由此證明了此策略的實(shí)用性。
(圖片來(lái)源:Nature)
總結(jié)
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