I composti eterociclici sono molecole organiche con una struttura ad anello comprendente almeno due o più elementi. Nella maggior parte dei casi, questi anelli sono composti da atomi di carbonio insieme a uno o più altri elementi come azoto, ossigeno o zolfo. Sono molto ricercati come materie prime nell'industria chimica e farmaceutica, grazie alla loro versatilità e alle eccellenti attività fisiologiche.
Sebbene siano disponibili diversi metodi per sintetizzare questi composti, la maggior parte di essi prevede condizioni di temperatura e pressione elevate o l'uso di catalizzatori di metalli preziosi, che si aggiungono al costo economico e ambientale della produzione di composti organici eterociclici.
Ora, però, un team di ricercatori provenienti dal Giappone e dal Bangladesh ha proposto un metodo semplice ma efficace per superare queste sfide. Il loro studio è stato recentemente pubblicato sulla rivista Advanced Synthesis &Catalysis . Utilizzando la strategia proposta, il team ha dimostrato la sintesi di 20 composti eterociclici contenenti zolfo in presenza di biossido di titanio fotocatalizzatore (TiO2 ) e luce visibile.
Lo studio è stato condotto dal professor Yutaka Hitomi del Dipartimento di Chimica Applicata, Scuola di specializzazione in Scienze e Ingegneria, Università di Doshisha, e coautore di un dottorato di ricerca. il candidato Pijush Kanti Roy della Doshisha University, il professore associato Sayuri Okunaka della Tokyo City University e il dottor Hiromasa Tokudome del Research Institute, TOTO Ltd.
TiO2 come fotocatalizzatore per guidare reazioni organiche ha catturato ormai da qualche tempo l'attenzione dei chimici di sintesi. Tuttavia, molti di questi processi richiedono la luce ultravioletta per innescare la reazione. In questo studio, tuttavia, il gruppo di ricerca ha scoperto che in condizioni anaerobiche, i composti organici contenenti zolfo come i derivati del tioanisolo, quando colpiti dalla luce blu, reagiscono con i derivati della maleimmide per formare doppi legami carbonio-carbonio, producendo un nuovo composto organico eterociclico. /P>
"Abbiamo osservato che mentre la luce ultravioletta genera buchi altamente ossidativi, il nostro approccio consente l'ossidazione selettiva di un elettrone delle molecole del substrato utilizzando la luce visibile. Questo approccio può quindi essere impiegato in varie reazioni chimiche organiche", spiega il prof. Hitomi.
I ricercatori hanno scelto cinque tioanisoli 4-sostituiti e quattro maleimmidi N-sostituite per le reazioni di anulazione o di formazione dell'anello. Il team ha irradiato il materiale di partenza con luce blu (lunghezza d'onda> 420 nm) ma non ha osservato alcuna reazione. Tuttavia, introducendo TiO2 nel sistema di reazione ha portato alla sintesi di 20 diversi derivati del tiocromenopirroledione con resa da moderata ad alta. Hanno scoperto che entro 12 ore dall'esposizione alla luce blu, la reazione tra tioanisolo e N-benzilmaleimide portava alla formazione di un derivato del tiocromenopirroledione con una resa del 43%, vicina alla resa massima teorica del 50%.
Il gruppo di ricerca ha anche osservato l'effetto sostituente nelle reazioni per comprendere gli aspetti meccanicistici corrispondenti. Dai risultati, hanno postulato che la reazione procede attraverso il trasferimento di carica dal tioanisolo alla banda di conduzione di TiO2 . Inoltre, hanno suggerito che l'irradiazione con luce blu innesca l'ossidazione di un elettrone del tioanisolo, che avvia ulteriormente la generazione di radicali α-tioalchilici attraverso la deprotonazione.
In sintesi, questo approccio nuovo e raffinato dimostra il potenziale del TiO2 per fotocatalisi a luce visibile per sintesi organica. Ha inoltre fornito informazioni cruciali sulla chimica della sintesi di composti eterociclici complessi. Andando avanti, questo approccio può aprire nuove possibilità per la transizione dagli attuali processi chimici industriali ad alta intensità di risorse a un sistema più efficiente dal punto di vista energetico.
Il prof. Hitomi afferma:"Ciò che ha guidato il nostro studio è stato il desiderio di contribuire allo sviluppo di un'industria chimica sostenibile e i nostri risultati sembrano essere un passo positivo in questa direzione."
"Crediamo che l'adozione diffusa di questa tecnologia basata sulla luce visibile potrebbe contribuire a una sintesi farmaceutica accessibile e conveniente, con il suo profondo impatto sulla salute e sul benessere di milioni di persone in tutto il mondo". Grazie agli sforzi del Prof. Hitomi e del suo team, il loro studio ha aperto nuove strade nel campo della sintesi organica, con il potenziale di rivoluzionare molteplici industrie chimiche.
Ulteriori informazioni: Pijush Kanti Roy et al, Sintesi promossa dalla luce blu di derivati del tiocromenopirroledione tramite formazione di doppi legami carbonio-carbonio catalizzata da biossido di titanio con derivati di tioanisolo e maleimide, Sintesi e catalisi avanzate (2023). DOI:10.1002/adsc.202301021
Fornito dall'Università Doshisha
