A equipe descobre método eletroquímico para inserção de carbono único altamente seletivo em anéis aromáticos

Uma equipe de pesquisa descobriu um método eletroquímico que permite a inserção de carbono único de para-posição altamente seletiva em pirroles polissubstituídos. Sua abordagem tem aplicações importantes na química orgânica sintética, especialmente no campo dos produtos farmacêuticos.

O trabalho deles é publicado no Jornal da American Chemical Society em 14 de julho.

“Partimos para enfrentar o desafio de longa information de alcançar um carbono único inserção em Anéis aromáticos com controle posicional preciso “, disse Mahito Atobe, professor da Faculdade de Engenharia da Universidade Nacional de Yokohama.

As transformações que modificam anéis aromáticos são centrais para a síntese farmacêutica e de materiais. No entanto, inserir um único átomo de carbono em uma posição específica-especialmente a para-posição-permaneceu extremamente rara. A posição do para descreve a localização dos substituintes, os átomos que substituem um átomo de hidrogênio em uma molécula. Na abordagem única de inserção de carbono, os pesquisadores adicionam um único átomo de carbono à estrutura de carbono de uma molécula. Isso aumenta uma cadeia de carbono ou expande um anel por uma unidade de carbono.

“Nosso objetivo period desenvolver um novo método acionado eletroquimicamente que permita essa transformação de maneira seletiva e eficiente, enquanto obtém informações mecanicistas sobre como a estrutura eletrônica do substrato controla a posição de inserção”, disse Atobe.

Este estudo apresenta um novo conceito para a química de inserção de carbono único e expande a caixa de ferramentas química de um pesquisador para sintetizar compostos aromáticos polissubstituídos (hetero). Pirróis polissubstituídos são compostos orgânicos que possuem um anel de pirrol e múltiplos substituintes se juntam a ele. Esses compostos desempenham um papel essential em diversos campos, como produtos naturais, produtos farmacêuticos e materiais funcionais. Eles têm interesse specific para os produtos farmacêuticos, onde são fundamentais para muitos medicamentos aprovados.

“Descobrimos um método eletroquímico que permite a inserção de carbono único altamente seletivo em pirroles polissubstituídos-uma transformação sem precedentes”, disse Naoki Shida, professor associado da Faculdade de Engenharia da Universidade Nacional de Yokohama.

Essa reação é ativada por intermediários de cátions radicais distônicos e é governada pelas propriedades eletrônicas dos grupos de proteção contra nitrogênio.

“Nossas descobertas estabelecem uma nova estratégia para a edição molecular seletiva de websites de anéis aromáticos, expandindo o equipment de ferramentas para Química orgânica sintética“Disse Shida.

A equipe demonstrou a reação de expansão eletroquímica do anel usando ésteres de diazo α-h como um equivalente ao ânion carbynil. Essa abordagem permitiu uma inserção eficiente de carbono em uma variedade de pirroles polissubstituídos, proporcionando derivados estruturalmente diversos de piridina. Eles controlaram a posição de inserção através da perturbação eletrônica pelo grupo de proteção N (PG) e alcançaram a inserção para-seletiva sem precedentes, introduzindo um grupo de proteção de elaboração de elétrons aos derivados de pirrol.

A equipe usou espectroscopia in situ e cálculos teóricos para apoiar o mecanismo de reação envolvendo um cátion radical distônico intermediário. A espectroscopia e os cálculos sugerem que os intermediários de cátions radicais distônicos estão envolvidos, facilitando a migração de átomos de carbono no anel aromático e permitindo a inserção em diferentes posições.

Medicamentos aprovados como líquido, esomeprazol, piridoxina e opicapona contêm anéis de benzeno e piridina com mais de três substituintes. Esses medicamentos são medicamentos importantes para desafios de saúde amplos, como doença de Parkinson, úlceras estomacais ou controle de náusea induzida por quimioterapia.

Para sintetizar esses compostos, os pesquisadores usaram vários métodos, como reações de acoplamento, funcionalização do carbono-hidrogênio e reações de ciclização. A inserção de carbono único é mais uma abordagem que os cientistas usaram para modificar o PolySubstituted (Hetero)compostos aromáticos. A abordagem de inserção de carbono único altera significativamente a estrutura dos esqueletos pais. Mas até esse momento, o controle da posição de inserção foi um desafio significativo para os pesquisadores. O novo método eletroquímico da equipe apresenta um novo conceito para a química de inserção de carbono único.

Olhando para o futuro, o próximo passo da equipe é expandir o escopo dessa reação a uma gama mais ampla de compostos heteroaromáticos e moléculas complexas, incluindo intermediários farmacêuticos.

“Também pretendemos integrar essa metodologia aos sistemas de eletrólise de fluxo para melhorar a escalabilidade e a eficiência. Por fim, nosso objetivo é estabelecer uma plataforma geral para a edição molecular precisa de estruturas aromáticas usando eletricidade como uma força motriz limpa e controlável”, disse Atobe.

A equipe de pesquisa inclui Tatsuya Morimoto, Su-Gi Chong e Azusa Kikuchi da Universidade Nacional de Yokohama, Japão; Yoshio Nishimoto, da Universidade de Kyoto, Japão; Taku Suzuki-Osborne da Universidade de Bathtub, Reino Unido; Kazuhiro Okamoto, da Universidade de Toyama, Japão; Tomoki Yoneda da Universidade Internacional de Saúde e Bem -Estar, Japão; e Daisuke Yokogawa, da Universidade de Tóquio, Japão.