Mistérios catalíticos revelados: primeiro

Por Instituto de Ciências Básicas 10 de agosto de 2023

Pesquisadores do Instituto de Ciências Básicas (IBS) confirmaram experimentalmente a estrutura e as propriedades de um intermediário metal de transição-nitrenóide produzido durante reações de aminação catalítica. Crédito: Instituto de Ciências Básicas

Sob a liderança do Diretor Chang Sukbok, a equipe de pesquisa do Centro de Funcionalizações de Hidrocarbonetos Catalíticos do Instituto de Ciências Básicas (IBS) alcançou um avanço significativo na compreensão da estrutura e da reatividade de um intermediário chave nas reações catalíticas. Este intermediário, conhecido como metal de transição-nitrenóide, desempenha um papel vital na transformação de hidrocarbonetos em amidas, substâncias importantes nos domínios farmacêutico e da ciência dos materiais.

Nas reações químicas, intermediários são substâncias formadas e consumidas durante a transformação de reagentes em produtos. Portanto, compreender esses intermediários é crucial para melhorar as vias de reação e desenvolver catalisadores eficientes. Por exemplo, os compostos contendo nitrogênio constituem a espinha dorsal de aproximadamente 90% dos produtos farmacêuticos e são essenciais na ciência dos materiais. Portanto, identificar os intermediários envolvidos nas reações de aminação, onde grupos funcionais à base de nitrogênio são introduzidos em matérias-primas de hidrocarbonetos, é altamente importante.

As espécies metal-acilnitrenóides são propostas como o principal intermediário catalítico, o que leva a valiosas moléculas contendo nitrogênio, incluindo lactamas e acrilamidas, que são reconhecidas como importantes suportes em produtos farmacêuticos e produtos naturais bioativos. Crédito: Instituto de Ciências Básicas

Os pesquisadores reconheceram a importância de compreender a estrutura e as propriedades dos intermediários de reação nas reações de aminação. Em particular, as reações que utilizam catalisadores de metais de transição e reagentes de dioxazolona foram consideradas altamente úteis para a química medicinal e a ciência dos materiais, com mais de 120 grupos de pesquisa em todo o mundo contribuindo para o desenvolvimento deste campo.

The key to understanding these reactions at the fundamental level lay in the ability to study the reaction intermediate that forms when a transition-metal catalyst binds to the dioxazolone reagent – known as metal-acylnitrenoid. These intermediate speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> as espécies têm sido notoriamente difíceis de estudar devido à sua natureza altamente reativa, o que só lhes permite existir por um momento fugaz. Além disso, as reações catalíticas tradicionais ocorrem frequentemente em solução, onde as substâncias intermediárias reagem rapidamente com outras moléculas, tornando-as ainda mais difíceis de estudar.

Usando o único cristal do complexo de coordenação de dioxazolona ligado ao ródio, os pesquisadores observaram as tão procuradas espécies de ródio-acilnitrenóides por meio de análise fotocristalográfica. Quando a dioxazolona reage com catalisadores de metais de transição para formar acilnitrenóides metálicos, uma molécula de CO2 é extrudada. Aqui, na estrutura cristalina observada, a molécula de CO2 reside bem entre o Rh-nitrenóide gerado e o contra-ânion. Crédito: Instituto de Ciências Básicas

Para enfrentar este desafio, a equipe do IBS desenvolveu uma abordagem experimental usando fotocristalografia de raios X. Além disso, eles também se concentraram no rastreamento de reações químicas no estado sólido, e não em soluções líquidas. Para tanto, eles desenvolveram um novo complexo cromóforo de ródio com um ligante bidentado de dioxazolona, ​​onde a transferência de carga fotoinduzida de metal para ligante inicia a amidação catalítica de C – H de fontes de hidrocarbonetos como o benzeno.