Muitos metais fotocatalisadores amplamente utilizados, incluindo rutênio e irídio, são escassos e caros. Pesquisadores da Universidade de Nagoya, no Japão, introduziram anteriormente um substituto à base de ferro, mas essa versão anterior dependia de grandes quantidades de ligantes quirais caros. Esses ligantes atuam como guias espaciais, determinando o arranjo tridimensional dos produtos químicos finais.

Num estudo publicado no Jornal da Sociedade Química Americanaa equipe revelou um catalisador de ferro redesenhado que reduz o uso de ligantes quirais em dois terços. O sistema também funciona sob luz LED azul energeticamente eficiente, tornando as condições de reação mais práticas e potencialmente mais sustentáveis.

Com este catalisador melhorado, os cientistas completaram a síntese total assimétrica da (+)-heitziamida A. Este composto natural, encontrado em plantas medicinais, é conhecido por suprimir as crises respiratórias. A pesquisa foi realizada pelo professor Kazuaki Ishihara, pelo professor assistente Shuhei Ohmura e pelo estudante de graduação Hayato Akao na Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Nagoya.

Design mais inteligente de catalisador de ferro melhora a eficiência

Em seu trabalho de 2023, os pesquisadores criaram um fotocatalisador de ferro que incorporava três ligantes quirais por átomo de ferro. No entanto, apenas um desses ligantes contribuiu realmente para a enantiosseletividade, o que tornou a abordagem ineficiente.

O catalisador recém-desenvolvido utiliza um design mais estratégico. Ele combina ligantes bidentados aquirais acessíveis com ligantes quirais para formar uma estrutura específica de sal de ferro (III). O ligante quiral direciona a configuração tridimensional do produto, enquanto o ligante bidentado aquiral melhora o desempenho catalítico.

Usando este sistema, a equipe conseguiu uma ciclização de cátions radicais (4 + 2) altamente controlada. Nesta reação, dois componentes moleculares se unem para formar um anel de seis membros. O processo permite a criação de adutos substituídos em 1,2,3,5, motivos estruturais comumente encontrados em produtos naturais como a heitziamida A.

“O novo design do catalisador representa a forma definitiva dos catalisadores fotoredox quirais de ferro (III)”, afirmou Ohmura, um dos autores correspondentes do estudo. “Acreditamos que esta conquista representa um marco significativo no avanço da fotocatálise à base de ferro.”

Primeira Síntese Total Assimétrica de (+)-Heitziamida A

Embora os investigadores tenham relatado anteriormente a síntese laboratorial da heitziamida A, não tinham conseguido a síntese assimétrica total do seu enantiómero natural.

Ao controlar cuidadosamente a formação de anéis de seis membros com um fotocatalisador de ferro ativado por luz azul, a equipe alcançou a primeira síntese assimétrica total de (+)-heitziamida A. As descobertas sugerem que o uso da versão espelhada do catalisador também tornaria possível produzir (-)-heitziamida A, permitindo acesso seletivo a ambos os enantiômeros.

Implicações para a Química Farmacêutica

O novo fotocatalisador de ferro permite construir moléculas complexas, incluindo precursores farmacêuticos, utilizando ferro abundante e LEDs azuis em vez de metais raros.

“Alcançar a primeira síntese total assimétrica de (+)-heitziamida A usando esta reação catalítica é uma conquista notável”, afirmou Ishihara, outro autor correspondente do estudo. “Várias substâncias bioativas adicionais podem ser acessadas através da síntese total, com a cicloadição de cátions radicais enantiosseletivos (4 + 2) servindo como um passo fundamental. Pretendemos publicar artigos de acompanhamento sobre a síntese total assimétrica desses compostos em um futuro próximo.”