Figura 1:Un modello molecolare dell'1,3-diidrossibenzene (sfere grigie:atomi di carbonio; sfere rosse:atomi di ossigeno; sfere bianche:atomi di idrogeno), il metaisomero del diidrossibenzene. Un team di RIKEN ha sviluppato un ligando che consente la sintesi selettiva dei metaisomeri di areni come il diidrossibenzene. Credito:© 2022 RIKEN Center for Sustainable Resource Science
In un recente studio pubblicato su Scienza , quattro chimici organici RIKEN hanno escogitato un modo per sintetizzare selettivamente gli isomeri di un importante gruppo di composti aromatici. Ciò promette di rendere possibile la produzione di sostanze chimiche per farmaci, fertilizzanti e polimeri senza la necessità di eseguire costose procedure di separazione.
Quando si producono composti chimici, posizionare un gruppo chimico nella posizione sbagliata di un anello benzenico può avere conseguenze disastrose. "Le persone possono morire se la posizione è sbagliata", afferma Laurean Ilies del RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS). "Ad esempio, una forma di vanillina è la sostanza chimica che conferisce alla vaniglia il suo sapore, mentre un'altra è piuttosto tossica."
L'anello benzenico è esagonale con un atomo di carbonio in ciascuno dei suoi sei vertici. Poiché tutti gli atomi di carbonio sono identici, non fa differenza quale accetta il primo gruppo chimico da aggiungere all'anello.
La complessità sorge quando si aggiunge un secondo gruppo perché può attaccarsi a uno qualsiasi dei cinque atomi di carbonio:i due vicini al primo gruppo (per dare l'isomero orto), quello diametralmente opposto (l'isomero para) o i due atomi di carbonio in mezzo questi due (il meta isomero; Fig. 1). Gli isomeri risultanti hanno formule chimiche identiche, ma spesso subiscono reazioni biochimiche molto diverse.
È relativamente facile bloccare i due siti vicini al primo gruppo, ma i chimici organici hanno faticato a escogitare strategie generali per sintetizzare selettivamente il metaisomero.
Ora, Ilies, Sobi Asako e due colleghi, tutti di CSRS, hanno prodotto un catalizzatore di iridio contenente un ligando che blocca sia i siti adiacenti che quelli opposti in modo che solo il meta isomero venga prodotto in quantità significative. Questo metodo può essere utilizzato per aggiungere gruppi agli anelli benzenici e produrre composti utilizzati per fertilizzanti, polimeri, prodotti della chimica fine e farmaci.
Il team ha dimostrato il potenziale del loro catalizzatore utilizzandolo per funzionalizzare varie molecole farmaceutiche a selettività molto elevate. "Siamo rimasti sorpresi da quanto bene ha funzionato", afferma Ilies. "È molto gratificante perché ci sono voluti circa tre anni di ricerca per sviluppare questo approccio."
L'approccio è molto generale e può essere utilizzato su un'ampia varietà di substrati. "Abbiamo scoperto che una grande varietà di substrati può essere funzionalizzata utilizzando questo metodo", afferma Ilies. "Forse questa era la notizia migliore."
Il ligando a forma di tetto si ispira alla natura poiché imita l'azione degli enzimi che hanno tasche per guidare la sintesi delle biomolecole dell'isomero destro.
Il team ora intende espandere questa strategia a una più ampia varietà di molecole e selettività diverse. + Esplora ulteriormente
