仿生四丁基铵对硝基苯硫酸盐激活的晚期O-硫酸化修饰新策略

本研究针对复杂天然产物和药物分子后期O-硫酸化修饰的挑战，开发了基于四丁基铵对硝基苯硫酸盐(nBu4N-PNPS)的仿生硫酰基转移方法。通过揭示四丁基铵离子对硫酰基供体的独特激活机制——通过延长S-O键和增强对硝基苯酚离去能力，实现了在温和条件下对多种醇类和酚类的高效、位点选择性硫酸化修饰，为生物活性分子的结构改造提供了新工具。

　　

在生命科学和药物化学领域，O-硫酸化修饰犹如给分子"穿上带电的外衣"，这种广泛存在于内源性和外源性生物分子中的修饰，能显著改变分子的极性、溶解性和构象，并赋予静电作用和氢键相互作用能力。从血液凝固到病原体感染，从代谢调控到药物活性，硫酸化修饰在众多生理病理过程中扮演关键角色。然而，这种看似简单的硫酸基团(-SO₃)安装过程，在复杂分子上实施时却面临巨大挑战——硫酸基团对酸和温度敏感的特性使其通常只能作为合成路线的最后一步，而传统化学硫酰基供体苛刻的反应条件往往导致多羟基底物的非选择性全局硫酸化。

面对这一难题，湖南大学的研究人员从自然界获得灵感，开发了一种仿生晚期O-硫酸化新方法。自然界中，3'-磷酸腺苷-5'-磷酰硫酸盐(PAPS)和对硝基苯硫酸盐(PNPS)分别是真核生物和细菌的高效硫酰基供体，但酶促反应的底物特异性限制了其合成应用。研究人员创造性地采用四丁基铵对硝基苯硫酸盐(ⁿBu₄N-PNPS)作为活化硫酰基供体，通过精确调控反离子的作用，实现了温和条件下复杂分子的选择性硫酸化修饰。这项突破性研究成果发表在《Nature Communications》上，为生物活性分子的结构改造提供了强大工具。

研究团队运用X射线晶体学分析、动力学同位素效应(KIE)测定和条件优化等关键技术方法，系统阐明了四丁基铵离子对PNPS的活化机制。通过对比不同反离子(ⁿBu₄N⁺、K⁺、Na⁺)与PNPS形成的复合物结构，结合反应活性评价，揭示了反离子在硫酰基转移反应中的关键作用。

反应验证与条件优化部分的研究表明，四丁基铵离子通过同时与桥氧(Ob)和端氧(Ot)配位，显著延长了S-Ob键长(1.658 ? vs 1.629 ?)，减小了Ob-S-Ot键角，使对硝基苯酚的离去能力增强。在Mn(OTf)₂催化下，乙腈中25°C反应4小时，睾酮的硫酸化产率可达72%，远优于传统K-PNPS(48%)和Na-PNPS(48%)体系。

底物适用范围研究展示了该方法的强大普适性。从甾体激素(睾酮、雌酮)、酚类化合物(芝麻酚)、萜类(紫苏醇、β-香茅醇)到核苷类似物(司他夫定、齐多夫定)，共计27类结构多样的底物被成功硫酸化。特别值得注意的是，该方法展现出优异的化学选择性：在含多羟基的复杂分子如福司可林中，能选择性硫酸化特定位点(产率55%)；在氨基酸和肽段(酪氨酸、苏氨酸、利托那韦等)修饰中也表现良好。

晚期O-硫酸化应用部分突显了该方法相对于传统硫酰基供体(如三氧化硫-胺复合物)的显著优势。在甲伐他汀的硫酸化中，传统方法会产生消除副产物，而新方法在近中性条件下即可高效完成反应；在截短侧耳素的双醇选择性硫酸化中，新方法能精确区分伯醇和仲醇的反应性。

这项研究通过揭示反离子在硫酰基转移反应中的关键作用，建立了"反离子工程"调控反应活性的新范式。四丁基铵对硝基苯硫酸盐(ⁿBu₄N-PNPS)作为仿生硫酰基供体，不仅解决了复杂分子后期O-硫酸化的选择性难题，其温和的反应条件还显著拓展了功能基团耐受性。这一突破为研究硫酸化修饰的生物学功能提供了新工具，也为开发硫酸化药物分子开辟了新途径。从基础研究角度看，该工作深化了对硫酰基转移反应机制的理解；从应用角度看，其简便高效的特点使其在药物化学、化学生物学等领域具有广阔应用前景。