アシルグアニジン単位を有するカリックス4アレーンを、RNAやDNAモデル化合物のホスホジエステル結合開裂の効率的な触媒として利用した

A calix[4]arene with acylguanidine units as an efficient catalyst for phosphodiester bond cleavage in RNA and DNA model compounds.

• Riccardo Salvio
• Stefano Volpi
• Tommaso Folcarelli
• Alessandro Casnati
• Roberta Cacciapaglia

抄録

カリックス[4]アレーン足場は、円錐形にブロックされ、上縁に2つのアシルグアニジンユニットで装飾されており、中性pH条件下でHPNPとBNPPのホスホジエステル結合の開裂を効果的に触媒することができる。触媒性能については、バックグラウンド加水分解を上回る加速性と有効モル度(EM)の観点から議論されている。2-2HCl添加剤の存在下でのHPNPとBNPPの開裂について、電位差酸塩基滴定とpHレートプロファイルを組み合わせた結果、アシルグアニジン/アシルグアニジニウム触媒ダイアドが一般的な塩基求電子的二官能性触媒を介して2Hで顕著な相乗作用を示すことがわかった。3桁以上の加速係数が得られた。グアニジン/グアニジニウム二量体のカルボニル結合によるカリックスアレーン足場への接続には二重の利点がある。(i)グアニジニウムの酸性度は電子吸引性カルボニル基によって高められ、触媒活性型の2Hへの最大変換はほぼ中性のpHで起こり、カルボニル基を持たないモノプロトン化型の1Hに必要なpHよりも低い。また、DFT計算により、反応機構や遷移状態についての有用な知見を得ることができた。

A calix[4]arene scaffold, blocked in the cone conformation and decorated at the upper rim with two acylguanidine units, effectively catalyzes the cleavage of phosphodiester bonds of HPNP and BNPP under neutral pH conditions. The catalyst performance is discussed in terms of acceleration over background hydrolysis and effective molarity (EM). The combination of potentiometric acid-base titrations with pH-rate profiles for HPNP and BNPP cleavage in the presence of 2·2HCl additives points to a marked synergic action of an acylguanidine/acylguanidinium catalytic dyad in 2H, via general base-electrophilic bifunctional catalysis. Acceleration factors over background larger than 3 orders of magnitude are obtained. The connection of the guanidine/guanidinium dyad to the calixarene scaffold by means of carbonyl joints has a double advantage: (i) the acidity of the guanidinium moiety is enhanced by the electron-withdrawing carbonyl group and maximum conversion into the catalytically active form 2H occurs at almost neutral pH, lower than the pH needed for the monoprotonated form 1H devoid of carbonyl groups; (ii) the EM value for HPNP cleavage with 2H is definitely higher than that with 1H, suggesting a highly preorganized catalyst that perfectly fits in a strainless ring-shaped transition state in the catalyzed process. DFT calculations also provide useful insights into the reaction mechanisms and transition states.