铑催化的连接反应用于合成多种含有S(VI)亲电头部的活性探针

《Beilstein Journal of Organic Chemistry》：Rhodium-catalysed connective synthesis of diverse reactive probes bearing S(VI) electrophilic warheads

　　一种基于硫代氟化物战锤的连接式合成方法被开发用于制备非半胱氨酸靶向的活性探针，通过多反应模式选择和高效液相色谱纯化获得30种结构多样性探针，其中4种对非洲锥虫表现出显著抑制活性。

　　科学家们在化学合成领域取得了重要进展，开发了一种能够高效制备多种反应性探针的新方法。这些探针具备硫(VI)电荷的官能团，能够与蛋白质中的多种氨基酸残基发生反应，从而在化学生物学和药物发现中发挥关键作用。传统的反应性探针大多以半胱氨酸为靶点，这种选择性虽然在某些情况下有效，但限制了其在更广泛蛋白质靶点中的应用。因此，研究团队致力于探索更多样化的反应性探针合成策略，以扩大其在蛋白质修饰研究中的适用范围。

本研究的核心在于一种“连接合成”方法，通过使用带有硫(VI)电荷的α-偶氮酰胺底物与多种共底物进行反应，实现了反应性探针的多样化。连接合成的关键在于利用金属催化的卡宾化学反应，特别是基于二铑催化剂的反应机制，这种机制可以兼容多种不同类型的共底物，包括含氧、含氮和含碳的官能团。通过这种方式，研究团队能够在较短时间内筛选出具有潜力的反应体系，并从中制备出多种结构不同的反应性探针。

在实验设计中，研究者首先制备了五种α-偶氮酰胺底物，这些底物分别带有不同的硫(VI)官能团，例如氟磺酰基、磺酰三唑基等。这些底物随后与十六种共底物进行反应，每种共底物都具有不同的反应活性位点，包括醇羟基、吲哚氮原子、以及可能的碳氢键插入位点。通过调整反应条件和催化剂类型，研究团队成功筛选出多个具有反应活性的组合，最终获得了三十种结构多样的反应性探针。

为了提高反应效率和产物纯度，研究者采用了高通量合成方法，并结合了质谱引导的高效液相色谱（HPLC）技术进行产物的分离和纯化。这种方法不仅提高了合成过程的自动化程度，还显著减少了手动操作的复杂性。此外，研究团队还对这些反应性探针进行了生物活性测试，特别是针对非洲锥虫（Trypanosoma brucei）的抗寄生虫活性评估。通过96孔板格式的筛选实验，他们发现四种探针表现出显著的抗锥虫活性，这表明该合成策略在药物开发方面具有广阔的应用前景。

研究团队还特别关注了反应性探针的结构多样性问题。传统的探针合成方法往往受限于单一的反应模式，导致探针结构较为单一。而通过利用二铑催化剂的不同反应特性，以及多种共底物的组合，研究者能够实现反应路径的多样化，从而合成出具有不同反应模式的探针。例如，部分探针通过氧-氢插入反应形成，而另一些则通过氮-氢插入或碳氢键插入反应生成。这种多样性不仅增强了探针的适用性，还提高了其在蛋白质修饰研究中的灵活性。

此外，研究团队还发现，某些共底物可能具有多个反应活性位点，例如含有吲哚和醇羟基的共底物。在这种情况下，探针可能通过不同的反应路径生成，产生多个异构体或产物。然而，尽管存在多个反应位点，大多数反应体系中仍表现出一种主导的反应模式，这表明催化剂的选择和反应条件对反应路径具有重要影响。这种选择性不仅有助于提高产物的纯度，还为设计具有特定反应模式的探针提供了理论依据。

研究者还注意到，硫(VI)电荷的探针在合成过程中表现出良好的耐受性，能够与多种不同的底物和催化剂体系兼容。这表明硫(VI)电荷在化学反应中具有较强的反应活性，同时又不会对底物结构造成过度干扰。因此，这类探针在蛋白质修饰研究中可能具有更高的选择性和特异性，从而减少对非目标蛋白的副反应。

在生物活性测试中，研究团队选择了非洲锥虫作为模型生物，因为这种寄生虫是导致非洲睡眠病的主要病原体。通过在96孔板中进行高通量筛选，他们发现某些探针在低微摩尔浓度下即可有效抑制寄生虫的生长。这一结果不仅验证了探针的生物活性，还表明该合成策略在药物开发中的潜在价值。这些探针可以作为化学工具，用于研究寄生虫蛋白的修饰机制，甚至为开发新型抗寄生虫药物提供基础。

值得注意的是，研究团队的合成方法能够兼容三种不同的硫(VI)官能团，这为构建更多样化的探针集合提供了可能。通过选择不同的底物和催化剂组合，他们能够直接合成具有不同反应模式的探针，而无需对底物进行复杂的结构修饰。这种灵活性使得该方法在药物发现和化学生物学研究中具有更高的可操作性。

除了在抗寄生虫活性方面的应用，这种连接合成方法还可能用于其他蛋白质修饰研究。例如，研究者可以利用这些探针探索蛋白质中赖氨酸、酪氨酸等非半胱氨酸残基的修饰机制，从而更全面地理解蛋白质的功能和结构。此外，这些探针还可以作为研究工具，用于蛋白质工程、药物靶点筛选以及生物分子的结构分析等领域。

为了进一步验证探针的结构和反应特性，研究团队对合成出的产物进行了详细的结构分析。他们利用了核磁共振（NMR）技术，包括HMBC、COSY和nOe等方法，以确定反应产物的化学结构和反应路径。这种结构分析不仅有助于理解反应机制，还为后续的优化和应用提供了重要依据。

研究团队的成果表明，连接合成方法在反应性探针的制备中具有显著优势。该方法不仅能够快速生成多种结构不同的探针，还能通过调整反应条件和催化剂类型，实现对反应路径的精确控制。此外，这种方法还具有良好的可扩展性，适用于不同类型的底物和共底物组合，从而为未来的探针开发提供了坚实的基础。

在实验过程中，研究者还发现，某些反应体系的产物收率较低，这可能与底物的溶解性或反应条件的优化有关。因此，他们对反应流程进行了调整，例如改变底物的浓度或使用不同的溶剂体系，以提高产物的收率和纯度。这些调整不仅提高了实验的成功率，还为后续的探针应用奠定了良好的基础。

总的来说，这项研究为反应性探针的合成提供了一种高效、灵活的方法。通过利用硫(VI)电荷的反应特性，以及二铑催化剂的多样性，研究团队成功制备出三十种结构多样的探针，并验证了其中四种在抗寄生虫活性方面的潜力。这些探针不仅可以用于研究蛋白质的修饰机制，还可能在药物开发中发挥重要作用。未来，随着对反应性探针需求的增加，这种连接合成方法有望成为化学生物学和药物发现领域的重要工具。