Em reações catalíticas com organocatalisadores, é difícil controlar as reações radicais. Nós projetamos um catalisador carbeno N-heterocíclico do tipo tiazólio com um grupo N-neopentil. Descobriu-se que este catalisador controla ativamente as reações radicais e permite a produção de mais de 35 espécies de dialquil cetonas volumosas a partir de um aldeído alifático e um derivado de ácido carboxílico alifático por meio de um mecanismo de retransmissão radical. Espera-se que esse catalisador abra o caminho para a aceleração da pesquisa de descoberta de drogas. Crédito:Kanazawa University
Organocatalisadores consistindo de compostos orgânicos sem elementos metálicos estão recebendo muita atenção como catalisadores de próxima geração na esperança de reduzir a carga ambiental e lidar com o esgotamento / aumento dos preços de metais raros. Contudo, é difícil para um organocatalisador controlar reações radicais envolvendo um único elétron com alta reatividade. Assim, os processos de reação mediados por organocatalisadores são bastante limitados. Isso dificulta o desenvolvimento e a aplicação da síntese orgânica pelo uso de organocatalisadores.
O carbeno N-heterocíclico é conhecido como um organocatalisador livre de elementos metálicos e suas reações catalíticas têm sido ativamente investigadas. Os estudos sobre o carbeno N-heterocíclico como organocatalisador começaram com a investigação de uma reação biológica envolvendo a coenzima, tiamina (vitamina B1), um sal de tiazólio. O intermediário enol da reação biológica é conhecido por promover reações de transferência de um único elétron para aceitadores de elétrons, como a lipoamida, flavina adenina dinucleotídeo (FAD) e Fe 4 S 4 , que desempenham papéis importantes nas reações de oxidação. Os cientistas foram inspirados por este fenômeno biológico e sintetizaram catalisadores de carbeno N-heterocíclicos que podem controlar reações radicais. Estes foram aplicados à síntese orgânica. Contudo, devido aos limites no número de substratos que podem ser usados para tal reação catalítica, apenas uma estreita faixa de compostos orgânicos poderia ser sintetizada. Isso limitou severamente os aplicativos, por exemplo, na descoberta de drogas.
O Prof. Ohmiya e colegas de trabalho projetaram um catalisador de carbeno N-heterocíclico de maneira racional e precisa com o objetivo de ampliar a gama de substâncias químicas alvo para reações radicais. O grupo descobriu recentemente um catalisador de carbeno N-heterocíclico do tipo tiazólio com um grupo N-neopentil e aplicou este catalisador de carbeno a uma reação radical para sintetizar uma dialquil cetona a partir de um aldeído alifático e um derivado de ácido carboxílico alifático. Antes, essa síntese era muito difícil. Até aqui, uma reação radical usando catalisadores de carbeno N-heterocíclicos convencionais poderia ser aplicada apenas a aldeídos aromáticos como substratos de reação catalítica. O catalisador de carbeno N-heterocíclico recentemente desenvolvido aqui é um catalisador versátil aplicável a aldeídos aromáticos e alifáticos, ampliando assim significativamente a aplicação de reações radicais de organocatalisadores.
A chave para este sucesso foi a descoberta de que o grupo N-neopentil do carbeno N-heterocíclico do tipo tiazólio foi eficaz no progresso da reação, enquanto seu estudo foi realizado fazendo pleno uso de química orgânica e técnicas de medição. O volume do grupo N-neopentil foi considerado eficaz não apenas na promoção de uma reação de acoplamento de duas espécies de radicais diferentes geradas no sistema de reação, mas também na supressão de reações colaterais indesejáveis.
A presente reação catalítica tem os seguintes méritos em síntese química orgânica; 1) moléculas volumosas podem ser substratos de reação devido ao envolvimento de um radical altamente reativo, e 2) o método é excelente em termos de uma ampla gama de grupos funcionais e substratos, uma vez que a reação catalítica pode ser realizada em condições suaves, sem a necessidade de catalisadores de metal ou reagentes redox. Assim, agora é possível sintetizar mais de 35 dialquil cetonas volumosas e complexas, o que antes era muito difícil. Isso permite a síntese de compostos naturais e produtos farmacêuticos com uma estrutura de dialquil cetona a partir de um aldeído alifático e um derivado de ácido carboxílico alifático.
Neste estudo, o grupo de pesquisa projetou um novo organocatalisador que controla as reações radicais, o que amplia significativamente a aplicabilidade a vários substratos. Espera-se que o estudo acelere a descoberta de drogas, uma vez que permite a síntese de compostos orgânicos com alto valor agregado que costumava ser quase impossível de atingir. Do ponto de vista acadêmico, o estudo estabeleceu diretrizes de design de organocatalisadores que podem controlar reações radicais.
