Os pesquisadores aqui criaram uma estratégia para fazer uma reação química catalisada por metal de transição enantiosseletiva por meio do uso de um cátion quiral. O trabalho foi realizado no grupo de pesquisa do Dr. Robert Phipps.

Anteriormente, Robert diz, enquanto os cátions quirais têm sido amplamente usados ​​como organocatalisadores, trazê-los para reações químicas catalisadas por metais de transição para controlar a enantiosseletividade da reação tem sido muito mais raro. Agora, após dois anos de trabalho árduo "e muito esforço em equipe, "eles conseguiram fazer isso.

Trabalho deles, publicado em Ciência , é "essencialmente uma prova de conceito de que você pode fazer isso, e que pode ser feito em um tipo de reação desafiador que se mostrou difícil com as abordagens existentes, " ele diz.

O grupo Phipps desenvolve metodologias para a síntese de pequenas moléculas, como drogas. Nos últimos anos, eles têm dedicado um esforço significativo para desenvolver catalisadores que são capazes de controlar a seletividade posicional em reações químicas - isto é. controlar exatamente em que ponto da molécula ocorre a reação química. Eles fizeram isso desenvolvendo ligantes para catalisadores de metal de transição que ancoram o catalisador a uma posição particular na molécula.

E eles têm procurado maneiras de refinar ainda mais os ligantes, de modo que eles são capazes de torná-los não apenas seletivos posicionalmente, mas também enantiosseletivos. Enantiômeros são imagens espelhadas - como uma mão esquerda e uma mão direita - de uma molécula. Ser capaz de selecionar qual dos dois enantiômeros da molécula que eles produzem, e, portanto, que tipo de 'lateralidade' ele tem, é a chave.

Enquanto um enantiômero da molécula pode produzir o efeito terapêutico desejado, o outro enantiômero pode não produzir nenhum efeito, ou pode trazer efeitos colaterais indesejados. Adicionalmente, a quiralidade, ou 'lateralidade, "do enantiômero pode ser vital para garantir a precisão em como ele interage dentro de um sistema biológico.

"A própria natureza exibe quiralidade de várias maneiras. As proteínas são formadas por blocos de construção de aminoácidos que existem naturalmente como um enantiômero, ou seja, eles são de uma mão. Além disso, o DNA possui quiralidade helicoidal, "Robert explica." Então, como químicos sintéticos, é muito importante que sejamos capazes de fazer pequenas moléculas como enantiômeros únicos. Quando vamos colocar uma pequena molécula em um sistema biológico onde esperamos que tenha, por exemplo, um efeito terapêutico, o enantiômero 'esquerdo' pode se encaixar de maneira bem diferente quando comparado ao enantiômero 'direito'. "

Três anos atrás, o grupo desenvolveu um ligante para catalisadores de metal de transição que controlava a seletividade posicional em uma reação de ativação C-H - uma reação útil amplamente empregada na indústria farmacêutica e geralmente obtida usando catálise de metal de transição. Eles fizeram isso pegando uma estrutura comum de ligante de bipiridina e anexando a ela um grupo sulfonato aniônico.

Tendo anexado este grupo aniônico (ou carregado negativamente) ao andaime, eles então precisavam de um componente com carga positiva para equilibrá-lo. Em seu trabalho anterior, os pesquisadores usaram um cátion comum (tetrabutilamônio) para esse papel, que inicialmente era apenas para fornecer solubilidade do sal em solventes orgânicos. Mas eles perceberam que "tivemos a oportunidade de trazer um cátion quiral aqui que poderia estar potencialmente envolvido no estado de transição da reação e exercer alguma influência sobre ele, "Robert explica. Então eles começaram a explorar se isso era possível.

Ph.D. o aluno Georgi Genov primeiro trabalhou na ideia, que envolveu mais dois Ph.D. alunos, James Douthwaite e David Gibson, e um pesquisador de pós-doutorado, Antti Lahdenperä. Eles substituíram o cátion tetrabutilamônio aquiral por um cátion quiral derivado da quinina antimalárica que ocorre naturalmente. E ao fazer isso, eles descobriram que eram capazes de controlar não apenas a seletividade posicional, mas também a enantiosseletividade na reação, que substitui a ligação C-H em um anel aromático por uma ligação C-B versátil.

Georgi diz:"O processo de otimização para essa transformação foi bastante complexo. No entanto, depois de descobrir o cátion e as condições de reação corretas, observamos que o sistema era extremamente geral, permitindo-nos utilizar duas classes de substrato muito diferentes - uma em que o novo estereocentro está em um átomo de carbono, e um onde está no fósforo. O último é muito emocionante, pois a síntese de compostos quirais em fósforo é mais desafiadora. "

Até agora, tem havido maneiras muito bem estabelecidas de fazer reações enantiosseletivas com metais de transição - mas eles normalmente dependem da introdução de algum tipo de quiralidade diretamente na estrutura de ligante anexada ao metal e "pode ​​haver desvantagens nesta abordagem, o que significa que não funcionará em algumas situações, "Robert diz.

"Nós sabemos que esses cátions quirais, do tipo que estamos usando, são realmente privilegiados porque têm sido usados ​​em outros tipos de catálise assimétrica. Mas eles quase não foram usados ​​com metais de transição. Então, se pudéssemos potencialmente unir esses cátions quirais privilegiados com metais de transição reativos, então talvez tenhamos uma maneira nova e bem diferente de pensar sobre a catálise assimétrica de metal de transição. "

Ele acrescenta:"Estamos ansiosos para lançar isso em outras reações catalisadas por metais de transição realmente úteis, onde existem desafios em realizá-las enantiosseletivamente. Especificamente, gostaríamos de ver se podemos permitir reações enantiosseletivas que não eram possíveis antes, usando essa estratégia. "