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 permanece particularmente difícil é a redução de um elétron de cetonas necessária para gerar radicais carbonila. Esses radicais livres são intermediários muito 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 mais comuns, elas são naturalmente mais difíceis de reduzir do que as aril cetonas. Com este desafio em mente, uma equipe de químicos orgânicos e computacionais do WPI-ICReDD da Universidade de Hokkaido desenvolveu uma estratégia catalítica que, em última análise, permite a formação de radicais alquilcarbonila. O estudo aparece em 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 um ligante de fosfina poderia conduzir a conversão fotoativada (reação ativada pela luz) de aril cetonas, mas o mesmo sistema não funcionou para alquil cetonas. Seus dados indicam que os radicais alquilcarbonila são de fato formados transitoriamente. No entanto, antes que qualquer reação útil possa prosseguir, esses radicais devolvem imediatamente os elétrons ao centro do paládio, um fenômeno denominado transferência reversa de elétrons (BET). Como resultado, o material inicial permanece inalterado.
Semelhante à catálise tradicional à base de paládio, o comportamento dos catalisadores de paládio fotoexcitados é altamente dependente dos ligantes de fosfina ligados ao metal. A equipe suspeita que a escolha do ligante certo pode desbloquear a reatividade com alquil cetonas. A dificuldade está na escala: existem milhares de ligantes de fosfina, e a triagem experimental deles para reações desconhecidas seria lenta, trabalhosa e produziria resíduos químicos desnecessários.
Para superar essas limitações, os pesquisadores recorreram à química computacional para restringir os ligantes candidatos. Eles usaram o método de triagem assistida por ligante virtual (VLAS) desenvolvido pelos professores associados do WPI-ICReDD Wataru Matsuoka e pelo professor Satoshi Maeda. O método aplica VLAS a 38 ligantes de fosfina, gerando mapas de calor que prevêem até que ponto cada ligante promove a reatividade desejada por meio da análise de propriedades eletrônicas e estéricas.
Guiada por essas previsões, a equipe selecionou três ligantes para testes laboratoriais e finalmente determinou que L4 era a opção mais eficaz – tris(4-metoxifenil)fosfina (P(p-OMe-C)6H4)3). Este ligante inibe com sucesso o BET, permitindo que alquil cetonas gerem radicais carbonila e participem de conversões de alto rendimento.
O método resultante fornece aos químicos uma maneira simples de lidar com radicais alquilcarbonila e demonstra como o VLAS pode orientar rapidamente o desenvolvimento e a otimização de novas reações químicas.
