Acceleration of Substitution Reactions of a Phosphoric Acid Diester by Bis(guanidinium) CompoundsIon-pair coordination of phosphoric acid diesters with positively charged guanidines may cause large rate accelerations in substitution reactions. Here we present a comparative study on the catalytical influence of several mono-bis-and tris(guanidines) and of other cationic compounds. Large rate effects occur if 1,3-bis(aminomethyl)benzene or 1,2-ethy-RNA cleaving agents. lenediamine are used as spacers. Further acceleration can be achieved by exchanging guanidinium groups by 2-aminoimidazolines. The 4800-fold rate enhancement seen in the best case demonstrates the importance of the bis(guanidinium) moiety of staphylococcal nuclease and gives good perspectives towards future uses of guanidinium compounds as Als verknupfende Strukturelemente der Nucleinsauren sind Phosphorsaurediester von zentraler Bedeutung fur die Chemie lebender Systeme. Uns erscheint deshalb die Suche nach Katalyse-Prinzipien fur Phosphoryl-ubertragungsreaktionen als lohnende Zielsetzung, die wir gegenwartig mit Nachdruck verfolgen.So konnten wir kurzlich uber die Phosphorylierung des Amidiniumalkohols 1 berichten[la1, der in dipolar-aprotischen Solventien mit dem Phosphorsaurediester 2 reversi-be1 Ionenpaarkomplexe 3 bildet und in einer quasi-intramolekularen Substitution zum zwitterionischen Produkt 4 abreagiert. Dabei ubertrifft die Phosphorylierungs-Geschwindigkeit von 1 diejenige des analogen ungeladenen Alkohols 5 bei weitem, ein Effekt, der fur die Entwicklung synthetischer Phosphorsaurediesterasen ausgenutzt werden soll.Bei diesen Experimenten fie1 auf, daD Zusatze des Amidinium-Salzes 1 die Kontrollreaktion von 2 mit 5 zu 6 um etwa das 25fache beschleunigen: Durch die Koordination an das Amidinium-Ion (als Komplex 3) wird der Phosphodiester 2 fur Substitutionsreaktionen aktiviert. In der vorliegenden Arbeit beschreiben wir nun eine systematische Untersuchung des Einflusses verschiedener Mono-, Bis-und Tris(guanidinium)-Verbindungen auf die Geschwindigkeit der Ringoffnung von 2 durch 2-Phenylethanol (5)[lb1. Die von einigen Verbindungen hervorgerufenen Effekte sind so ausgepragt, daD ein zukunftiger Einsatz als RNA-schneidendes Agens moglich erscheint.Nucleophile Substitutionen an Phosphorsaurediester-Anionen verlaufen auDergewohnlich langsam, weil die Elektrophilie am Phosphor-Atom durch die negative Ladung stark verringert ist. In der Regel wird uber einen Additions-Eliminierungs-Mechanismus eine dianionische, trigonal-bipyramidale Zwischenstufe durchschritten[21, auch wenn experi-Schema 1 2a: Tetramethylguanidiniumsalz von 2 clod-TMG'mentell die Abgrenzung zum konzertierten Reaktionsverlauf nicht immer einfach istL3]. In jedem Fall steigt die Ladungsdichte auf dem Weg vom Grund-zum Ubergangszustand, so da13 die Barriere durch die Koordination elektrophiler Teilchenr4I erniedrigt werden kann.

A new type of bis(guanidinium) compound 2 is described established the stereochemistry of the decalin framework. which was prepared from trans-decalin spacers bearing ni-Guanidinium salt 2a turned out to be a good receptor moletrogen substituents in axial positions. Starting from 2,?-dime-cule for phosphoric acid diester anions. However, the catalythoxynaphthalene, a sequence of three Birch reductions pro-tical influence on phosphoryl transfer reactions is only weak. duced gram amounts of the saturated intermediate and Kurzlich berichteten wir uber die Fahigkeit einfacher Bis-(guanidinium)-Verbindungen, den cyclischen Phosphorsaurediester 18 als Ionenpaarkomplex zu binden[lI. Als Folge der Guanidinium-Phosphat-Assoziation werden Umesterungsreaktionen an 18 zum Teil so beschleunigt, da13 es aussichtsreich erscheint, auf der Grundlage von Bis(guanidinen) Katalysatoren fur die Hydrolyse von RNA zu entwerfen.Angeregt wurde diese Untersuchung durch das Beispiel der Staphylokokken-Nuclease, in deren aktivem Zentrum zwei kationische Arginin-Seitenketten fur die Fixierung und elektrophile Aktivierung des Phosphorsaurediester-Substrats verantwortlich sind[*]. Als Strukturmodell fur solche Ionenpaar-Kontakte kann das Salz von N-Methylguanidin mit Monohydrogenphosphat dienen: Das tetraedrische Dianion wird im Kristall uber benachbarte Kanten mit je zwei Wasserstoffbrucken (Abstand N-0: 2.9 A) pro Kation komple~iert[~I. Gelingt es, die beiden Kationen spannungsfrei in der in Schema 1 gezeigten Anordnung zu verknupfen, durfte ein gutes Rezeptormolekul fur tetraedrische 0x0anionen entstehen. 1st dieses Bis(guanidin) zudem in der Lage, sich der trigonal-bipyramidalen Ubergangsstruktur anzupassen, die ein Phosphorsaurediester wahrend der Substitution durchlauft, sollte sich die Verbindung auch als Katalysator fur solche Reaktionen eignen.Molekulmodelle lassen erwarten, da13 ein C5-Abstandshalter in der in Schema 1 wiedergegebenen Anordnung gunstig ist. Da flexible Alkylketten jedoch nicht diese, sondern eine anti-Konformation bevorzugen wurden, hatten wir einen zusatzlichen Ring eingefuhrt und Verbindung 1 hergestellt['a]. In der vorliegenden Arbeit beschreiben wir nun eine weitere Moglichkeit der Verknupfung uber ein axial substituiertes trans-Decalingerust.