Este catalisador inteligente resolve um desafio que deixou os químicos perplexos durante décadas
As cetonas aparecem nas moléculas orgânicas, e é por isso que os químicos estão ansiosos para criar novas reações que tirem proveito delas na formação de ligações químicas. Uma reação que permaneceu especialmente difícil é a redução de um elétron de cetonas necessárias para gerar radicais cetila. Esses radicais são intermediários altamente úteis na síntese de produtos naturais e na pesquisa farmacêutica, mas a maioria das técnicas disponíveis são projetadas para aril cetonas em vez de alquil cetonas mais simples. Embora as alquil cetonas sejam muito mais comuns, elas também são naturalmente mais difíceis de reduzir do que as suas contrapartes aril. Com este desafio em mente, uma equipe de químicos orgânicos e computacionais do WPI-ICReDD da Universidade de Hokkaido desenvolveu uma estratégia catalítica que finalmente permite a formação de radicais alquil cetil. O estudo aparece no Jornal da Sociedade Química Americana e está disponível em acesso aberto.
Em trabalhos anteriores, os cientistas do WPI-ICReDD mostraram que um catalisador de paládio emparelhado com ligantes de fosfina poderia conduzir transformações ativadas por luz (reação ativada por luz brilhante) de aril cetonas, mas o mesmo sistema não funcionou para alquil cetonas. Seus dados indicaram que os radicais alquil cetil se formaram brevemente. No entanto, esses radicais devolveram imediatamente um elétron ao centro do paládio, um fenômeno conhecido como transferência de elétrons de retorno (BET), antes que qualquer reação útil pudesse prosseguir. Como resultado, o material de partida permaneceu inalterado.
Semelhante à catálise tradicional à base de paládio, o comportamento dos catalisadores de paládio fotoexcitados é altamente dependente do ligante fosfina ligado ao metal. A equipe suspeitou que a escolha do ligante correto poderia desbloquear a reatividade com alquil cetonas. A dificuldade era grande: existem milhares de ligantes de fosfina, e testá-los experimentalmente para uma reação desconhecida seria lento, trabalhoso e geraria resíduos químicos desnecessários.
Para superar essas limitações, os pesquisadores recorreram à química computacional para restringir o campo de ligantes candidatos. Eles usaram a abordagem Virtual Ligand-Assisted Screening (VLAS) desenvolvida pelo Professor Associado Wataru Matsuoka e pelo Professor Satoshi Maeda no WPI-ICReDD. Aplicando VLAS a 38 ligantes de fosfina, o método produziu um mapa de calor que previu quão bem cada ligante poderia promover a reatividade desejada, analisando propriedades eletrônicas e estéricas.
Guiada por essas previsões, a equipe selecionou três ligantes para testes laboratoriais e finalmente identificou L4 como a opção mais eficaz – tris(4-metoxifenil)fosfina (P(p-OMe-C6H4)3). Este ligante suprimiu com sucesso o BET, permitindo que alquil cetonas gerassem radicais cetil e participassem de transformações de alto rendimento.
O método resultante fornece aos químicos uma maneira acessível de trabalhar com radicais alquil cetil e demonstra como o VLAS pode orientar rapidamente o desenvolvimento e a otimização de novas reações químicas.
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