Yoonsu Park e sua equipe do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) desenvolveram uma reação impulsionada pela luz que substitui um átomo de oxigênio por um átomo de nitrogênio (Ciência 2024, DOI: 10.1126/science.adq6245). Ao contrário de outros troca de átomo recente Por exemplo, é catalítico e projetado para anéis aromáticos de cinco membros em vez de anéis de seis membros.
A capacidade de alterar moléculas complexas por um único átomo de cada vez seria incrivelmente útil para a química medicinal – permitiria aos pesquisadores, por exemplo, testar a influência de diferentes heteroátomos nas propriedades de um medicamento sem ter que sintetizar cada variante do zero.
O objetivo é criar o que Park chama de química do lápis e da borracha: “apagar um átomo e depois adicionar outro”, diz Park. É simples no papel, mas este tipo de átomo único edição esquelética não é tarefa fácil. É necessário destruir o sistema aromático extremamente estável, alternar os átomos e, em seguida, unir a molécula novamente.
“Há uma longa lista de desejos de trocas de átomos que seriam valiosas”, diz Mark Levin da Universidade de Chicago, que também trabalha com reações de troca de átomos e não esteve envolvido neste estudo. “Este método resolve um grande problema, mas talvez mais importante, sugere uma maneira de lidar com esses tipos de substituições de heteroátomo-heteroátomo” que podem abrir caminho para avanços futuros.
Park diz que ele e sua equipe se inspiraram em um artigo de 1971 em que os pesquisadores usaram luz ultravioleta para converter furano em N-propilpirrol com um rendimento de 3%. Ele queria ver se as técnicas fotoquímicas modernas poderiam fazer melhor a mesma transformação. E, de facto, embora as tentativas iniciais dos investigadores para substituir o oxigénio no 3-fenilfurano produzissem menos de 1% do produto pirrol desejado, eles persistiram e finalmente encontraram condições que resultaram num rendimento de até 92%.
A chave para a operação foi oxidar o anel furano usando um fotocatalisador de acridínio disponível comercialmente e luz azul. Esta oxidação induzida pela luz cria um radical catiônico e, o que é essential, perturba a aromatização do anel. Em seguida, uma amina primária é adicionada à molécula, desencadeando um rearranjo que abre temporariamente o anel em um dialdeído, que então sofre uma condensação de fechamento do anel para formar o pirrol last.
A reação funciona bem com uma variedade de furanos e pedaços de aminas, incluindo medicamentos complexos e produtos naturais. Levin diz que ficou surpreso ao ver que o acridínio fortemente oxidante é seletivo para furanos e não toca outros grupos funcionais facilmente oxidados na molécula, mas a taxa de transferência de elétrons do fotocatalisador parece ser a correta para permitir uma troca de átomos limpa.
Park diz que ele e sua equipe estão trabalhando no desenvolvimento de mais maneiras de editar o esqueleto de anéis de cinco membros, e ele está ansioso para compartilhar isso com o mundo em breve.
