Ny benzofuran syntesemetode muliggør kompleks molekyle skabelse

Inden for organisk kemi er forskere altid på udkig efter nye typer reaktioner for at låse op for synteseruter for udfordrende forbindelser. De fleste af de fremskridt, vi har set inden for farmaceutiske og agrokemiske stoffer i løbet af de sidste par årtier, kan spores tilbage til opdagelsen af ​​nye praktiske reaktionsveje. Sådanne veje involverer ofte selektiv udskiftning af en funktionel gruppe med en anden, dannelse af aromatiske ringe eller strategisk spaltning af dele af et molekyle. Men hvad med omlejringen af ​​eksisterende funktionelle grupper inden for et molekyle?

Også kendt som "substituent migration," at få en funktionel gruppe på en aromatisk ring (såsom i arenes) til at hoppe til en anden position i ringen er en attraktiv proces. Kemikere har fundet på et par strategier for at få funktionelle grupper til at migrere, men synteseprocessen bliver væsentligt sværere, når man har at gøre med arener med et højt antal funktionelle grupper. Især er det udfordrende at omarrangere funktionelle grupper placeret ved siden af–OH-gruppen i phenoler, en grundlæggende type aromatisk ring.

Heldigvis har et forskerhold ledet af lektor Suguru Yoshida fra Tokyo University of Science (TUS), Japan, for nylig fundet en innovativ løsning på dette problem. I deres papir, som blev offentliggjort i Chemical Communications , præsenterer forskerne en ny teknik til at syntetisere forskellige benzofuraner gennem præcis molekylær omlejring og substituentmigrering. Andre medlemmer af teamet omfattede Dr. Akihiro Kobayashi og Mr. Shinya Tabata, begge fra TUS.

Forskerne opdagede, til deres overraskelse, at der opstod en usædvanlig substituentmigrering ved behandling af en simpel aromatisk forbindelse kendt som o-cresol med alkynylsulfoxid (AS) sammen med trifluoreddikesyreanhydrid (TFAA). De fandt, at denne reaktion delvist gav en forbindelse, hvor den funktionelle gruppe, der typisk ville være ved siden af ​​–OH-gruppepositionen (eller "ortho"-positionen), i stedet var i nabopositionen af ​​den aromatiske ring gennem benzofuranringdannelse. Dette fik dem straks til at begynde at kigge yderligere ind i AS/TFAA-medierede reaktioner.

Holdet fandt til sidst ud af, at når en substitueret phenol reagerer med AS og TFFA, aktiverer TFAA først AS, hvilket fører til lukning af en fem-leddet ring, der deler en af ​​dens sider med phenolen. Denne type resulterende molekyle kaldes en benzofuran.

Bagefter udløser de ubalancerede ladninger på benzofuran, hvad der er kendt som en "ladningsaccelereret sigmatropisk omlejring." Kort sagt gør dannelsen af ​​positivt ladede mellemforbindelser det muligt for den orthofunktionelle gruppe at migrere til nabopositionen på phenolsiden.

Forskerne demonstrerede alsidigheden af ​​deres strategi ved at syntetisere en lang række benzofuraner, hvoraf nogle var meget funktionaliserede eller endda fuldt funktionaliserede. Navnlig var udbytterne af nogle af disse forbindelser usædvanligt gode, og i alle tilfælde blev sammensætningen af ​​de funktionelle grupper ikke beskadiget eller ændret af processen.

"Vores modulære syntesemetode gjorde os i stand til at producere forskellige stærkt substituerede benzofuraner fra let tilgængelige udgangsmaterialer gennem substituentmigrering," fremhæver Dr. Yoshida. "Da forskellige benzofuraner allerede er blevet brugt som vigtige bioaktive forbindelser, kan nyligt tilgængelige benzofuraner være af stor betydning inden for farmaceutiske videnskaber og agrokemi."

Samlet set har denne undersøgelse åbnet op for en innovativ måde at syntetisere komplekse benzofuraner på. Forskerne håber, at deres indsats vil bane vejen for bedre lægemidler mod kræft, antibiotika, fungicider, herbicider og mere.

Værd at nævne, de potentielle anvendelser af nye højt funktionaliserede benzofuraner strækker sig langt ud over farmaceutik og agrokemi. De kunne også bruges som værktøjer i biologisk forskning, som farvestoffer og pigmenter til tekstiler, som duftstoffer og endda som organisk-elektroniske eller fluorescerende materialer.

Nu er der kun tilbage at perfektionere denne lovende synteseteknik og blive ved med at lede efter flere måder at kontrollere substituentmigrering på. "Anvendelser til udvikling af bioaktive benzofuraner, syntese af forskellige heteroaromater gennem lignende reaktionsmekanismer og teoretiske undersøgelser med tæthedsfunktionelle teoriberegninger er i gang i vores laboratorium," siger Dr. Yoshida.

Flere oplysninger: Akihiro Kobayashi et al., Meget substitueret benzo[b ]furansyntese gennem substituentmigrering, Chemical Communications (2024). DOI:10.1039/D4CC01192A

Journaloplysninger: Kemisk kommunikation

Leveret af Tokyo University of Science