Las cetonas están presentes en las moléculas orgánicas, por lo que los químicos están interesados en desarrollar nuevas reacciones que las aprovechen a la hora de formar enlaces químicos. Una reacción que sigue siendo particularmente difícil es la reducción de cetonas con un electrón necesaria para producir radicales cetilo. Estos radicales son intermediarios extremadamente útiles en la síntesis de productos naturales y en la investigación farmacéutica, pero la mayoría de las técnicas disponibles están diseñadas para arilcetonas en lugar de simples alquilcetonas. Aunque las alquilcetonas son mucho más comunes, son inherentemente más difíciles de reducir que sus homólogos arilo. Con este desafío en mente, un equipo de químicos orgánicos y computacionales del WPI-ICReDD de la Universidad de Hokkaido desarrolló una estrategia catalítica que, en última instancia, permite la formación de radicales alquilcetilo. La investigación muestra Revista de la Sociedad Química Estadounidense Y el acceso abierto está disponible.
En trabajos anteriores, los científicos de WPI-ICReDD han demostrado que un catalizador de paladio unido a un ligando de fosfina puede impulsar la conversión de arilcetonas fotoactivadas (reacciones activadas por luz sobre luz), pero el mismo sistema no funciona para las alquilcetonas. Sus datos indicaron que los radicales alquilcetilo se formaban en breve. Sin embargo, estos radicales devuelven inmediatamente un electrón al centro de paladio, un fenómeno conocido como transferencia de electrones inversos (BET), antes de que pueda continuar cualquier reacción efectiva. Por consiguiente, el material de partida permaneció sin cambios.
Al igual que los catalizadores tradicionales a base de paladio, el comportamiento de los catalizadores de paladio fotoexcitados depende en gran medida del ligando de fosfina unido al metal. El equipo sospechaba que elegir el ligando adecuado podría desbloquear la reactividad con las alquilcetonas. La dificultad era la escala: existen miles de ligandos de fosfina, y detectarlos experimentalmente para detectar una reacción desconocida sería lento, requeriría mucha mano de obra y produciría desechos químicos innecesarios.
Para superar estas limitaciones, los investigadores recurrieron a la química computacional para limitar el campo de ligandos candidatos. Utilizaron el método de detección virtual asistida por ligando (VLAS) desarrollado por el profesor asociado Wataru Matsuoka y el profesor Satoshi Maeda en WPI-ICReDD. Al aplicar VLAS a 38 ligandos de fosfina, el método produjo un mapa de calor que predijo qué tan bien cada ligando podría promover la reacción deseada mediante el análisis de propiedades electrónicas y estéricas.
Guiado por estas predicciones, el equipo seleccionó tres ligandos para pruebas de laboratorio y finalmente identificó L4 como la alternativa más eficaz: tris(4-metoxifenil)fosfina (P(p-OMe-C)6h4)3) este ligando suprimió con éxito BET, permitiendo que las alquilcetonas generaran radicales cetilo y participaran en transformaciones de alto rendimiento.
El método resultante proporciona a los químicos una forma accesible de trabajar con radicales alquilcetilo y demuestra cómo VLAS puede guiar rápidamente el desarrollo y la optimización de nuevas reacciones químicas.
