Figura 1. Modalità di attivazione degli acetali. (A) Classicamente, i legami C–O acetalici vengono scissi in modo eterolitico. Due elettroni che costituiscono un legame C–O vengono entrambi rimossi da un attivatore acido ([M]+) per fornire carbocatione. Questo è stato utilizzato per la sostituzione nucleofila. (B) Nella nuova strategia, i legami C–O acetalici vengono scissi in modo omolitico. Poiché il legame C–O reattivo e [Ti] forniscono un elettrone a vicenda, un elettrone spaiato (•) viene lasciato sul substrato. Questa specie attiva, radicale benzilico, mostra una reattività distintiva derivata dall'elettrone spaiato. Credito:Università di Kanazawa
Fin dal 1850, sintetizzare eteri ha coinvolto la stessa chimica fondamentale. Ora, ricercatori dal Giappone hanno ampliato il kit di strumenti sintetici per gli eteri, utilizzando reagenti economici e procedure semplici.
In uno studio recentemente pubblicato su Bollettino della Società Chimica del Giappone , i ricercatori dell'Università di Kanazawa hanno rivelato una nuova sintesi chimica di radicali di carbonio dagli acetali e hanno prodotto un'ampia gamma di eteri da materiali di partenza altrimenti difficili.
Gli eteri sono un'entusiasmante classe di composti chimici che vanno da umili solventi chimici a componenti stabilizzanti di alcuni recenti vaccini COVID-19. Un tipo di reazione chimica nota come sostituzione nucleofila continua ad essere il metodo predominante per la produzione di eteri. Ciò ha limitato la portata dei possibili eteri che si possono formare. Di conseguenza, i ricercatori si sono concentrati sull'uso di intermedi di reazione chimica noti come radicali di carbonio. Attualmente, tale chimica non è stata ben sviluppata nel contesto della sintesi di etere da acetali, qualcosa che i ricercatori dell'Università di Kanazawa intendevano affrontare.
"Recentemente abbiamo scoperto un reagente al titanio poco costoso che sarà utile per espandere l'ambito della sintesi dell'etere, ", afferma l'autore principale e co-senior dello studio Takuya Suga. "Questa idea ha la precedenza nella letteratura, ma ad oggi, la chimica indesiderata ha limitato le applicazioni pratiche."
Figura 2. Condizioni ed esempi di reazioni. Il radicale benzilico generato è stato utilizzato per le reazioni di formazione del legame C–C con alcheni. Una precedente reazione tra TiCl4(tmeda) (mostrato con il reagente Ti) e Mn fornisce una specie di Ti a bassa valenza che è responsabile della scissione di C–O. Et3N•HCl fornisce un atomo di idrogeno e termina il processo di reazione. Credito:Università di Kanazawa
Per superare le precedenti sfide tecniche, i ricercatori hanno utilizzato la chimica che avevano precedentemente applicato per formare legami carbonio-carbonio. Le condizioni di reazione qui utilizzate sono favorevoli anche per la chimica notoriamente impegnativa dei radicali di carbonio.
"I risultati di un ampio screening chimico erano chiari, " spiega Yutaka Ukaji, co-autore senior. "Abbiamo ottenuto rese elevate di prodotti, senza ampi prodotti collaterali indesiderati, adattando accuratamente la composizione del reagente al titanio, riducente, e additivo."
Per di più, la reazione ha anche prodotto eteri da materiali di partenza che hanno molte grandi unità chimiche vicino al centro di reazione. Altrimenti è notoriamente difficile sintetizzare eteri da tali materiali di partenza.
"Abbiamo effettuato una sintesi rappresentativa dell'etere su una scala di grammi, " dice Suga. "Questo è importante per dimostrare che il nostro metodo è affidabile e ha applicazioni nel mondo reale".
Cosmetici, prodotti farmaceutici, e molti altri prodotti dipendono dalle proprietà abilitate dagli eteri. I risultati qui presentati sono particolarmente entusiasmanti perché il titanio è un elemento economico e abbondante, e il reagente dei ricercatori può essere sintetizzato da precursori disponibili in commercio. Ulteriori sviluppi amplieranno notevolmente la portata degli eteri che possono essere sintetizzati utilizzando una chimica di reazione delicata.
