Os compostos heterocíclicos são moléculas orgânicas com uma estrutura em anel compreendendo pelo menos dois ou mais elementos. Na maioria dos casos, esses anéis são compostos de átomos de carbono juntamente com um ou mais outros elementos, como nitrogênio, oxigênio ou enxofre. São muito procurados como matéria-prima na indústria química e farmacêutica, devido à sua versatilidade e excelentes atividades fisiológicas.



Embora vários métodos estejam disponíveis para sintetizar estes compostos, a maioria deles envolve condições de alta temperatura e pressão, ou a utilização de catalisadores de metais preciosos, aumentando o custo económico e ambiental da produção de compostos orgânicos heterocíclicos.

Agora, porém, uma equipa de investigadores do Japão e do Bangladesh propôs um método simples mas eficaz para superar estes desafios. O estudo deles foi publicado recentemente na revista Advanced Synthesis &Catalysis . Usando a estratégia proposta, a equipe demonstrou a síntese de 20 compostos heterocíclicos contendo enxofre na presença do fotocatalisador dióxido de titânio (TiO₂ ) e luz visível.

O estudo foi liderado pelo professor Yutaka Hitomi do Departamento de Química Aplicada da Escola de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia da Universidade Doshisha, e coautor de um Ph.D. o candidato Pijush Kanti Roy da Doshisha University, o professor associado Sayuri Okunaka da Tokyo City University e o Dr. Hiromasa Tokudome do Research Institute, TOTO Ltd.

TiO₂ como fotocatalisador para conduzir reações orgânicas tem chamado a atenção dos químicos sintéticos já há algum tempo. No entanto, muitos desses processos requerem luz ultravioleta para desencadear a reação. Neste estudo, no entanto, a equipe de pesquisa descobriu que, sob condições anaeróbicas, compostos orgânicos contendo enxofre, como os derivados de tioanisol, quando atingidos pela luz azul, reagiram com derivados de maleimida para formar ligações duplas carbono-carbono, produzindo um novo composto orgânico heterocíclico.

"Observamos que, embora a luz ultravioleta gere buracos altamente oxidativos, nossa abordagem permite a oxidação seletiva de um elétron das moléculas do substrato usando luz visível. Esta abordagem pode, portanto, ser empregada em várias reações químicas orgânicas, "explica o Prof.

Os pesquisadores escolheram cinco tioanisóis substituídos em 4 e quatro maleimidas substituídas em N para as reações de anulação ou formação de anéis. A equipe irradiou o material inicial com luz azul (comprimento de onda> 420 nm), mas não observou reação. No entanto, a introdução do TiO₂ no sistema de reação levou à síntese de 20 derivados diferentes de tiocromenopirrolediona com rendimento moderado a alto. Eles descobriram que dentro de 12 horas de exposição à luz azul, a reação entre o tioanisol e a N-benzilmaleimida levou à formação de um derivado de tiocromenopirrolediona com rendimento de 43%, próximo ao rendimento máximo teórico de 50%.

A equipe de pesquisa também observou efeito substituinte nas reações para compreender os aspectos mecanísticos correspondentes. A partir dos resultados, eles postularam que a reação prossegue através da transferência de carga do tioanisol para a banda de condução do TiO₂ . Além disso, eles sugeriram que a irradiação com luz azul desencadeou a oxidação de um elétron do tioanisol, o que iniciou ainda mais a geração de radicais α-tioalquil através da desprotonação.

Em resumo, esta abordagem nova e refinada demonstra o potencial do TiO₂ para fotocatálise de luz visível para síntese orgânica. Também forneceu insights cruciais sobre a química da síntese complexa de compostos heterocíclicos. No futuro, esta abordagem pode abrir novas possibilidades de transição dos actuais processos químicos industriais com utilização intensiva de recursos para um sistema mais eficiente em termos energéticos.

O professor Hitomi diz:"O que impulsionou nosso estudo foi o desejo de ajudar no desenvolvimento de uma indústria química sustentável, e nossas descobertas parecem ser um passo positivo nessa direção."

"Acreditamos que a adoção generalizada desta tecnologia orientada pela luz visível poderia ajudar na síntese acessível e acessível de produtos farmacêuticos, com os seus profundos impactos na saúde e no bem-estar de milhões de pessoas em todo o mundo." Graças aos esforços do Prof. Hitomi e sua equipe, seu estudo abriu novos caminhos no campo da síntese orgânica, com potencial para revolucionar múltiplas indústrias químicas.

Mais informações: Pijush Kanti Roy et al, Blue Light-Promoted Synthesis of Thiochromenopyrroledione Derivatives via Titanium Dióxido-Catalyzed Dual Carbon-Carbon Bond Formation with Thioanisole and Maleimide Derivatives, Advanced Synthesis &Catalysis (2023). DOI:10.1002/adsc.202301021
Fornecido pela Universidade Doshisha