Os cetonas aparecem em moléculas orgânicas, motivo pelo qual os químicos têm interesse em criar novas reações que as aproveitem ao formar ligações químicas. Uma reação que tem se mostrado especialmente difícil é a redução de um elétron 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 é projetada para cetonas arila, em vez de cetonas alquila mais simples. Embora as cetonas alquila sejam muito mais comuns, elas também são naturalmente mais difíceis de reduzir do que suas contrapartes arila. 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 alquila. O estudo foi publicado no Journal of the American Chemical Society e está disponível de acesso aberto.
Em trabalhos anteriores, os cientistas do WPI-ICReDD mostraram que um catalisador de paládio combinado com ligantes de fosfina poderia impulsionar transformações ativadas por luz (reações ativadas pela ação da luz) de cetonas arila, mas o mesmo sistema não funcionou para cetonas alquila. Os dados indicaram que radicais cetila alquila se formavam brevemente. No entanto, esses radicais imediatamente devolviam um elétron ao centro de paládio, um fenômeno conhecido como transferência eletrônica reversa (BET), antes que qualquer reação útil pudesse prosseguir. Como resultado, o material de partida permanecia inalterado.
Semelhante à catalise convencional à base de paládio, o comportamento de catalisadores de paládio fotoexcitados depende fortemente do ligante de fosfina ligado ao metal. A equipe suspeitou que escolher o ligante correto poderia desbloquear a reatividade com cetonas alquila. A dificuldade estava em escala: existem milhares de ligantes de fosfina, e a triagem experimental deles para uma reação desconhecida seria lenta, trabalhosa e geraria resíduos químicos desnecessários.
Para superar essas limitações, os pesquisadores recorreram à química computacional para restringir o campo de ligantes candidatos. Eles utilizaram a abordagem Virtual Ligand-Assisted Screening (VLAS) desenvolvida pelo Professor Associado Wataru Matsuoka e pelo Professor Satoshi Maeda no WPI-ICReDD. Aplicando VLAS a 38 ligantes de fosfina, o método produziu um mapa térmico 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 laboratoriais e acabou identificando o L4 como a opção mais eficaz — tris(4-metoxifenil)fosfina (P(p-OMe-C6H4)3). Esse ligante conseguiu suprimir a BET, permitindo que cetonas alquila gerassem radicais cetila e participassem de transformações em alto rendimento.
O método resultante fornece aos químicos uma maneira acessível de trabalhar com radicais cetila alquila e demonstra como a VLAS pode orientar rapidamente o desenvolvimento e a otimização de novas reações químicas.
