Los investigadores aquí han ideado una estrategia para hacer enantioselectiva una reacción química catalizada por metales de transición mediante el uso de un catión quiral. El trabajo se llevó a cabo en el grupo de investigación del Dr. Robert Phipps.

Previamente, Robert dice:mientras que los cationes quirales se han utilizado ampliamente como organocatalizadores, llevarlos a reacciones químicas catalizadas por metales de transición para controlar la enantioselectividad de la reacción ha sido mucho más raro. Ahora, tras dos años de duro trabajo "y mucho esfuerzo en equipo, "lo han logrado.

Su trabajo, publicado en Ciencias , es "esencialmente una prueba de concepto de que puede hacer esto, y que se puede hacer en un tipo de reacción desafiante que ha demostrado ser resistente con los enfoques existentes, " él dice.

El grupo Phipps desarrolla metodologías para la síntesis de pequeñas moléculas, como las drogas. En los últimos años, han dedicado un esfuerzo significativo al desarrollo de catalizadores que sean capaces de controlar la selectividad posicional en reacciones químicas, es decir. controlando exactamente en qué punto de la molécula tiene lugar la reacción química. Lo han hecho desarrollando ligandos para catalizadores de metales de transición que anclan el catalizador en una posición particular de la molécula.

Y han estado buscando formas de refinar aún más los ligandos, para que sean capaces de hacerlos no sólo posicionalmente selectivos sino también enantioselectivos. Los enantiómeros son imágenes especulares, como la mano izquierda y la mano derecha, de una molécula. Pudiendo seleccionar cuál de los dos enantiómeros de la molécula producen, y por lo tanto, qué tipo de "lateralidad" tiene, es clave.

Porque aunque un enantiómero de la molécula puede producir el efecto terapéutico deseado, el otro enantiómero puede no producir ningún efecto en absoluto, o puede traer efectos secundarios no deseados. Adicionalmente, la quiralidad, o 'destreza, "del enantiómero puede ser vital para garantizar la precisión en la forma en que interactúa dentro de un sistema biológico.

"La naturaleza misma exhibe quiralidad de múltiples maneras. Las proteínas están formadas por componentes básicos de aminoácidos que existen naturalmente como un enantiómero, es decir, tienen una sola mano. Además, el ADN posee quiralidad helicoidal, "Explica Robert." Así que, como químicos sintéticos, es muy importante que podamos producir moléculas pequeñas como enantiómeros individuales. Cuando vamos a poner una pequeña molécula en un sistema biológico donde esperamos que tenga, por ejemplo, un efecto terapéutico, el enantiómero de 'mano izquierda' podría encajar de manera muy diferente en comparación con el enantiómero de 'mano derecha' ".

Hace tres años, el grupo desarrolló un ligando para catalizadores de metales de transición que controlaba la selectividad posicional en una reacción de activación de C-H, una reacción útil que se emplea ampliamente en la industria farmacéutica y que generalmente se logra mediante catálisis de metales de transición. Lo hicieron tomando un andamio de ligando de bipiridina común y uniéndole un grupo sulfonato aniónico.

Habiendo unido este grupo aniónico (o cargado negativamente) al andamio, luego necesitaron un componente con carga positiva para equilibrarlo. En su trabajo anterior, los investigadores utilizaron un catión común (tetrabutilamonio) para esta función, que inicialmente era solo para proporcionar solubilidad de la sal en disolventes orgánicos. Pero se dieron cuenta de que "tuvimos la oportunidad de traer un catión quiral aquí que podría estar potencialmente involucrado en el estado de transición de la reacción y ejercer alguna influencia sobre él, "Robert explica. Así que se propusieron explorar si esto era posible.

Doctor. El estudiante Georgi Genov trabajó por primera vez en la idea, que finalmente involucró a dos Ph.D. estudiantes, James Douthwaite y David Gibson, e investigadora postdoctoral, Antti Lahdenperä. Reemplazaron el catión tetrabutilamonio aquiral con un catión quiral derivado de la quinina antipalúdica de origen natural. Y al hacerlo, descubrieron que eran capaces de controlar no solo la selectividad posicional sino también la enantioselectividad en la reacción, que reemplaza el enlace a C-H en un anillo aromático con un enlace C-B versátil.

Georgi dice:"El proceso de optimización de esta transformación fue bastante complicado. Sin embargo, después de descubrir las condiciones adecuadas de catión y reacción, observamos que el sistema era notablemente general, lo que nos permitía utilizar dos clases de sustrato muy diferentes:una en la que el nuevo estereocentro está en un átomo de carbono, y uno donde está en fósforo. Esto último es muy interesante ya que la síntesis de compuestos quirales en fósforo es más desafiante ".

Hasta ahora, Ha habido formas muy bien establecidas de realizar reacciones enantioselectivas con metales de transición, pero normalmente se basan en la introducción de algún tipo de quiralidad directamente en el andamio del ligando unido al metal y "puede haber desventajas en este enfoque, lo que significa que no funcionará. en algunas situaciones, "Dice Robert.

"Sabemos que estos cationes quirales, del tipo que estamos usando, son realmente privilegiados porque se han utilizado en otros tipos de catálisis asimétrica. Pero apenas se han utilizado con metales de transición. Entonces, si pudiéramos unir potencialmente estos cationes quirales privilegiados con metales de transición reactivos, entonces tal vez tengamos una forma nueva y bastante diferente de pensar acerca de la catálisis asimétrica de metales de transición ".

Agrega:"Estamos entusiasmados de ver cómo implementar esto en otras reacciones catalizadas por metales de transición realmente útiles donde existen desafíos para realizarlas de manera enantioselectiva. Específicamente, nos gustaría ver si podemos habilitar reacciones enantioselectivas que no habían sido posibles antes, utilizando esta estrategia ".