Nelle reazioni catalitiche con organocatalizzatori, è difficile controllare le reazioni radicali. Abbiamo progettato un catalizzatore di carbene N-eterociclico di tipo tiazolio avente un gruppo N-neopentile. È stato scoperto che questo catalizzatore controlla attivamente le reazioni dei radicali e ha consentito la produzione di oltre 35 specie di ingombranti dialchil chetoni da un'aldeide alifatica e un derivato di acido carbossilico alifatico attraverso un meccanismo di relè radicale. Questo catalizzatore dovrebbe aprire la strada all'accelerazione della ricerca sulla scoperta di farmaci. Credito:Università di Kanazawa
I catalizzatori organici costituiti da composti organici senza elementi metallici stanno ricevendo molta attenzione come catalizzatori di prossima generazione nella speranza di ridurre il carico ambientale e far fronte all'esaurimento/aumento dei prezzi dei metalli rari. Però, è difficile per un organocatalizzatore controllare le reazioni radicaliche che coinvolgono un singolo elettrone con elevata reattività. Così, i processi di reazione mediati da organocatalizzatori sono piuttosto limitati. Ciò ostacola lo sviluppo e l'applicazione della sintesi organica mediante l'uso di organocatalizzatori.
Il carbene N-eterociclico è noto come organocatalizzatore privo di elementi metallici e le sue reazioni catalitiche sono state attivamente studiate. Gli studi sul carbene N-eterociclico come organocatalizzatore sono iniziati con lo studio di una reazione biologica che coinvolge il coenzima, tiamina (vitamina B1), un sale di tiazolio. È noto che l'intermedio enolico della reazione biologica promuove reazioni di trasferimento di un singolo elettrone ad accettori di elettroni come lipoammide, flavina adenina dinucleotide (FAD) e Fe 4 S 4 , che giocano un ruolo importante nelle reazioni di ossidazione. Gli scienziati si sono ispirati a questo fenomeno biologico e hanno sintetizzato catalizzatori di carbene N-eterociclici in grado di controllare le reazioni dei radicali. Questi sono stati applicati alla sintesi organica. Però, a causa dei limiti nel numero di substrati che possono essere utilizzati per una tale reazione catalitica, solo una ristretta gamma di composti organici potrebbe essere sintetizzata. Questo ha applicazioni molto limitate, Per esempio, nella scoperta di farmaci.
Il prof. Ohmiya e collaboratori hanno progettato un catalizzatore di carbene N-eterociclico in modo razionale e preciso allo scopo di ampliare la gamma di sostanze chimiche bersaglio per le reazioni radicaliche. Il gruppo ha recentemente trovato un catalizzatore di carbene N-eterociclico di tipo tiazolio avente un gruppo N-neopentile e ha applicato questo catalizzatore di carbene a una reazione radicalica per sintetizzare un dialchil chetone da un'aldeide alifatica e un derivato di acido carbossilico alifatico. Questa era in precedenza una sintesi molto difficile. Finora, una reazione radicalica utilizzando catalizzatori carbene N-eterociclici convenzionali potrebbe essere applicata solo ad aldeidi aromatiche come substrati di reazione catalitica. Il catalizzatore di carbene N-eterociclico recentemente sviluppato qui è un catalizzatore versatile applicabile sia alle aldeidi aromatiche che a quelle alifatiche, ampliando così significativamente l'applicazione delle reazioni radicaliche degli organocatalizzatori.
La chiave di questo successo è stata la scoperta che il gruppo N-neopentile del carbene N-eterociclico di tipo tiazolio era efficace nel progresso della reazione, mentre il loro studio è stato condotto sfruttando appieno la chimica organica e le tecniche di misurazione. L'ingombro del gruppo N-neopentile è risultato efficace non solo nel promuovere una reazione di accoppiamento di due diverse specie radicaliche generate nel sistema di reazione, ma anche nel sopprimere reazioni collaterali indesiderate.
La presente reazione catalitica ha i seguenti meriti nella sintesi chimica organica; 1) molecole voluminose possono essere substrati di reazione a causa del coinvolgimento di un radicale altamente reattivo, e 2) il metodo è eccellente in termini di un'ampia gamma di gruppi funzionali e substrati, poiché la reazione catalitica può essere condotta in condizioni blande senza la necessità di catalizzatori metallici o reagenti redox. Così, è ora possibile sintetizzare più di 35 dialchilchetoni ingombranti e complessi, che prima era molto difficile. Ciò consente la sintesi di composti naturali e prodotti farmaceutici aventi uno scheletro dialchilchetone da un'aldeide alifatica e un derivato di acido carbossilico alifatico.
In questo studio, il gruppo di ricerca ha progettato un nuovo organocatalizzatore che controlla le reazioni radicaliche, che amplia notevolmente l'applicabilità a vari substrati. Lo studio dovrebbe accelerare la scoperta di farmaci, in quanto consente la sintesi di composti organici ad alto valore aggiunto prima pressoché impossibili da ottenere. Dal punto di vista accademico, lo studio ha stabilito linee guida di progettazione di organocatalizzatori in grado di controllare le reazioni radicaliche.
