成都生物所李光勋团队Angew：磺亚胺酰氟的催化不对称合成与基于SuFEx反应的蛋白共价连接研究

化学蛋白质组学是一种重要的技术，可用于可视化、分离或操纵内源性未知蛋白质组。通过共价探针的方法，化学蛋白质组学可以用来筛选和发现潜在的药物靶点，或者识别并调节蛋白质。近年来，利用六价硫官能团，如磺酰氟（-SO₂F）、氧磺酰氟（-OSO₂F）和磺亚胺酰氟（SAF）等硫中心的亲电性，并基于第二代“点击化学”—硫氟交换反应（SuFEx），与蛋白质中的亲核性残基，如半胱氨酸或赖氨酸等，发生共价连接，选择性地靶向特定类型的蛋白质，发展了多种有效的探针或共价药物。

为了扩大化学蛋白质组学中可用残基的覆盖范围，已设计了许多有趣的探针。其中磺亚胺酰氟结构（SIFs）因其多个可修饰的位点、可调节的亲电性和手性硫中心，为新型共价化学探针提供了可能性。虽然相关外消旋SAFs已被用作化学蛋白质组学中反向药物发现策略（IDD）的“弹头”，但手性硫中心在特异性识别和立体选择性连接过程中的作用仍然不清楚。

中国科学院成都生物研究所李光勋副研究员（点击查看介绍）团队近年来一直专注于各种含硫化合物的制备（ACS Catal. 2019, 9, 1525−1530; ACS Catal. 2022, 12, 15334−15340; Chin. Chem. Lett. 2023, 34, 108145; J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 5439–5446; Org. Lett. 2023, 25, 2134-2138; J. Org. Chem. 2023, 88, 4581-4591; Org. Biomol. Chem. 2024, 22, 348-352）。在前期研究的基础上，该团队发展了一种便捷制备手性SIFs的方法。从次磺酰胺出发，利用氧化氯代、不对称水解、以及立体选择性氧化氟代，以“一锅法”的合成策略，高对映体选择性获得手性SIFs。并研究了手性SIFs的衍生合成，结果表明在温和条件下或在缓冲溶液中，均可以高效地转化为多种手性六价硫衍生物。尤为重要的是，在手性SIFs与蛋白质连接实验中，其特异性的表现强调了硫手性中心在设计和筛选更具选择性的共价探针或治疗剂中的重要性。

首先，作者以次磺酰胺1aa作为模板底物对反应条件进行优化，在最优条件下能够以75%的收率和97%的ee值获得SIFs产物3a。接下来，作者对合成SIFs的底物适用范围进行了考察。在该反应条件下，不论是硫方面的或是酰胺方面中，具有一系列供电子或吸电子取代基的苯环或杂环、稠环均能兼容该反应，能以中等至良好的产率和优异的对映选择性得到所需的SIFs。

在此基础上，得到的手性SIFs能进一步在温和条件下或在缓冲溶液中转化为多种手性S(VI)衍生物。这些化合物在药物化学、材料化学等领域中都有广泛的应用。值得注意的是，在SIFs与酚类化合物反应中，能够采取“一锅法”从次磺酰胺直接合成手性磺亚胺酯。另外，在构建手性磺亚胺酰胺时，能同时在有机相或者水相中进行，且对映选择性能得到很好的保持。

为了探索SIFs与蛋白质偶联的立体特异性SuFEx反应，作者将4p的两种对映体与牛血清白蛋白BSA进行孵化。显著的是，作者观察到4p的两个对映体对BSA有着不同反应性，其中(R)-4p表现出与BSA更大的结合倾向。同样的，4p的两种对映体与人类组蛋白ASF1A的孵化中也观察到了类似的结果。通过串联MS进一步分析偶联的特异性，发现两种构型所标记的赖氨酸不完全一样。这些结果表明硫原子中心手性在识别蛋白质内不同结合口袋的关键作用。

在此基础上，该团队在逆向药物发现（IDD）实验中使用了4p的两个对映体分别与细胞裂解液进行孵化并分析。其中(S)-4p和(R)-4p在人类蛋白质组的反应性检测中显示出相似性。但在每个泳道中观察到一个独特的条带，表明有不同的蛋白质被(S)-4p和(R)-4p选择性识别。这一发现同样表明在复杂细胞环境中，利用手性SuFEx试剂通过逆向药物发现（IDD）策略来探究靶点的潜力。

小结

李光勋副研究员团队开发了一种高效便捷的合成策略合成手性磺亚胺酰氟。通过“一锅法”的合成策略，将前手性S(II)转化为手性S(VI)，展示了显著的时间效率和卓越的操作便捷性。进一步的展示了此类分子与多种小分子通过SuFEx反应高效连接，制备多种手性六价硫衍生物。同时，首次揭示了手性磺亚胺酰氟作为亲电性弹头，在识别蛋白以及立体特异性的共价连接蛋白方面的独特性。该成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，博士研究生黄鹤森与中国科学院成都生物研究所特别研究助理袁亦博士为文章共同第一作者，李光勋副研究员为该论文通讯作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Enantioselective Synthesis of Chiral Sulfonimidoyl Fluorides Facilitates Stereospecific SuFEx Click Chemistry

He-sen Huang, Yi Yuan, Wei Wang, Shi-qi Zhang, Xiao-kang Nie, Wan-ting Yang, Xin Cui, Zhuo Tang, Guangxun Li

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202415873

导师介绍

李光勋

https://www.x-mol.com/university/faculty/178471