Investigadores de la Universidad de Hokkaido han desarrollado un nuevo método catalítico para generar radicales ketilo a partir de cetonas alquilas, resolviendo un desafío de larga data en química orgánica. Utilizando una herramienta de cribado computacional, el equipo identificó un ligando efectivo que previene la transferencia no deseada de electrones, permitiendo reacciones más limpias y confiables. Este avance ayuda en la síntesis de productos naturales y el desarrollo farmacéutico.
Los químicos han buscado durante mucho tiempo formas de aprovechar las cetonas para formar enlaces químicos, dada su prevalencia en moléculas orgánicas. Un obstáculo particularmente recalcitrante ha sido la reducción de un electrón de las cetonas para producir radicales ketilo, que sirven como intermediarios clave en la síntesis de productos naturales e investigación farmacéutica. Aunque existen métodos para cetonas arílicas, las cetonas alquilas —más comunes pero más difíciles de reducir— han resistido un éxito similar.
Un equipo de químicos orgánicos y computacionales del instituto WPI-ICReDD de la Universidad de Hokkaido abordó este problema con una estrategia de catálisis de paladio fotoexcitado. Su trabajo, publicado en el Journal of the American Chemical Society, demuestra cómo los catalizadores de paladio activados por luz, combinados con ligandos fosfínicos específicos, pueden ahora impulsar transformaciones de cetonas alquilas.
En estudios previos, el mismo sistema de paladio funcionó para cetonas arílicas pero falló con las alquilas. Los datos mostraron que los radicales ketilo alquilas se formaban momentáneamente, solo para sufrir una transferencia de electrones inversa (BET) al paladio, revirtiendo el material sin cambios. Para encontrar una solución, los investigadores emplearon el método Virtual Ligand-Assisted Screening (VLAS), desarrollado por el profesor asociado Wataru Matsuoka y el profesor Satoshi Maeda.
VLAS analizó 38 ligandos fosfínicos, generando un mapa de calor de sus propiedades electrónicas y estéricas para predecir la reactividad. Esto guió pruebas de laboratorio en tres candidatos, con tris(4-metoxifenil)fósfino (P(p-OMe-C6H4)3), etiquetado como L4, resultando el más efectivo. Suprimió la BET, permitiendo la formación estable de radicales ketilo y reacciones de alto rendimiento.
Los autores, incluidos Kosaku Tanaka, Ren Yamada y Tsuyoshi Mita, señalan que este enfoque proporciona una herramienta accesible para los químicos y resalta el rol de VLAS en la aceleración de la optimización de reacciones. El estudio aparece en el volumen 147, número 43, con DOI: 10.1021/jacs.5c13115.