Cetonas estão presentes em diversas moléculas orgânicas, o que motiva os químicos a desenvolver novas reações que aproveitam sua presença na formação de ligações químicas. Uma reação que se mostrou especialmente desafiadora é a redução unielectrônica de cetonas necessária para gerar radicais cetila. Esses radicais são intermediários altamente úteis na síntese de produtos naturais e na pesquisa farmacêutica, mas a maioria das técnicas disponíveis foi projetada para cetonas arilas, em vez de cetonas alquílicas mais simples. Embora as cetonas alquílicas sejam muito mais comuns, elas também são, por natureza, mais difíceis de reduzir do que suas contrapartes arilas. Com esse desafio em mente, uma equipe de químicos orgânicos e computacionais do WPI-ICReDD da Universidade de Hokkaido desenvolveu uma estratégia catalítica que finalmente possibilita a formação de radicais cetila alquílicos. O estudo foi publicado na Journal of the American Chemical Society e está disponível em acesso aberto.
Em trabalhos anteriores, os cientistas do WPI-ICReDD demonstraram que um catalisador de paládio emparelhado com ligandos de fosfina poderia impulsionar transformações ativadas por luz (reações ativadas pela exposição à luz) de cetonas arilas, mas o mesmo sistema não funcionou para cetonas alquílicas. Os dados indicaram que radicais cetila alquílicos se formaram brevemente. No entanto, esses radicais imediatamente devolveram um elétron ao centro de paládio, um fenômeno conhecido como transferência de elétron reversa (BET), antes que qualquer reação útil pudesse ocorrer. Como resultado, o material de partida permaneceu inalterado.
Assim como na catálise tradicional baseada em paládio, o comportamento de catalisadores de paládio fotoexcitados depende fortemente do ligante de fosfina ligado ao metal. A equipe suspeitava que a escolha do ligante correto poderia desbloquear a reatividade com cetonas alquílicas. A dificuldade estava na escala: existem milhares de ligandos de fosfina, e testar experimentalmente todos eles para uma reação desconhecida seria demorado, trabalhoso e geraria desperdício químico desnecessário.
Para superar essas limitações, os pesquisadores recorreram à química computacional para restringir o campo de ligantes candidatos. Eles utilizaram a abordagem de Triagem Virtual Assistida por Ligantes (VLAS) desenvolvida pelo Professor Associado Wataru Matsuoka e pelo Professor Satoshi Maeda no WPI-ICReDD. Aplicando a VLAS a 38 ligandos de fosfina, o método produziu um mapa de calor que previa quão bem cada ligante poderia promover a reatividade desejada, analisando propriedades eletrônicas e estéricas.
Guiada por essas previsões, a equipe selecionou três ligantes para testes em laboratório e, no final, identificou o L4 como a opção mais eficaz – tris(4-metoxifenil)fosfina (P(p-OMe-C6H4)3). Este ligante conseguiu suprimir a BET, permitindo que cetonas alquílicas gerassem radicais cetila e participassem de transformações com alto rendimento.
O método resultante fornece aos químicos uma maneira acessível de trabalhar com radicais cetila alquílicos e demonstra como a VLAS pode rapidamente guiar o desenvolvimento e a otimização de novas reações químicas.
