Fotocatalisadores são materiais que absorvem luz e usam essa energia para conduzir reações químicas. Na síntese orgânica, os fotocatalisadores à base de metal são particularmente valiosos porque são duráveis e podem ser personalizados. Ao ajustar os ligantes ligados ao átomo central do metal, os químicos podem ajustar o comportamento do catalisador.
Muitos metais fotocatalisadores amplamente utilizados, incluindo rutênio e irídio, são escassos e caros. Pesquisadores da Universidade de Nagoya, no Japão, já haviam introduzido alternativas à base de ferro, mas as primeiras versões dependiam de grandes quantidades de ligantes quirais caros. Esses ligantes atuam como guias espaciais, determinando o arranjo tridimensional do produto químico final.
Publicado em ” Jornal da Sociedade Química Americanaa equipe introduziu um catalisador de ferro redesenhado que reduz o uso de ligantes quirais em dois terços. O sistema também opera sob luzes LED azuis economizadoras de energia, tornando as condições de reação mais práticas e potencialmente mais sustentáveis.
Com a ajuda deste catalisador melhorado, os cientistas completaram a síntese total assimétrica da (+)-heitziamida A. Este composto natural é encontrado em plantas medicinais e é conhecido por suprimir as crises respiratórias. A pesquisa foi conduzida pelo professor Kazuaki Ishihara, pelo professor assistente Shuhei Ohmura e pelo estudante de graduação Hayato Akao da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Nagoya.
O design mais inteligente do catalisador de ferro melhora a eficiência
No trabalho de 2023, os pesquisadores criaram um fotocatalisador de ferro contendo três ligantes quirais por átomo de ferro. No entanto, apenas um destes ligantes contribui realmente para a enantiosseletividade, tornando o método ineficiente.
O catalisador recém-desenvolvido utiliza um design mais estratégico. Ele combina ligantes bidentados aquirais econômicos com ligantes quirais para formar estruturas específicas de sal de ferro (III). Os ligantes quirais orientam a configuração tridimensional do produto, enquanto os ligantes bidentados aquirais melhoram o desempenho catalítico.
Usando este sistema, a equipe conseguiu ciclização altamente controlada (4+2) de cátions radicais. Nesta reação, dois componentes moleculares se unem para formar um anel de seis membros. Este processo pode produzir adutos substituídos 1,2,3,5, motivos estruturais comumente encontrados em produtos naturais (como a Heitziamida A).
“O novo design do catalisador representa a forma final de um catalisador fotoredox quiral de ferro (III)”, disse Ohmura, um dos autores correspondentes do estudo. “Acreditamos que esta conquista representa um marco importante no avanço da fotocatálise à base de ferro.”
Primeira síntese totalmente assimétrica de (+)-Heitziamida A
Embora os investigadores tenham relatado anteriormente uma síntese laboratorial de hazamida A, ainda não tinham concluído uma síntese totalmente assimétrica do seu enantiómero natural.
Ao controlar cuidadosamente a formação do anel de seis membros com um fotocatalisador de ferro ativado por luz azul, a equipe alcançou a primeira síntese totalmente assimétrica de (+)-heitziamida A. Os resultados mostram que (-)-heitziamida A também pode ser produzido usando uma versão espelhada do catalisador, permitindo acesso seletivo a ambos os enantiômeros.
Impacto na Química Medicinal
Novos fotocatalisadores de ferro podem usar ferro abundante e LEDs azuis em vez de metais raros para construir moléculas complexas, incluindo precursores de drogas.
“Utilizar esta reação catalítica para alcançar a primeira síntese total assimétrica de (+)-heitziamida A é uma conquista notável”, disse Ishihara, outro autor correspondente do estudo. “Várias outras substâncias bioativas podem ser obtidas por meio de síntese total, na qual a cicloadição de cátions radicais enantiosseletivos (4 + 2) é um passo fundamental. Pretendemos publicar artigos de acompanhamento sobre a síntese total assimétrica desses compostos em um futuro próximo.”
