Ketonlar organik moleküllerde yaygın olduğu için kimyagerler onları kimyasal bağlar oluşturmak için kullanan yeni reaksiyonlar geliştirmeye isteklidir. Zorlu reaksiyonlardan biri, ketil radikalleri oluşturmak için ketonların tek elektron indirgenmesidir.
Ketil radikalleri, doğal ürün sentezinde ve farmasötik kimyada kullanılan reaktif ara maddelerdir; ancak çoğu metodoloji aril ketonlar için optimize edilirken basit alkil ketonlar kimyagerler için zorlu olmaya devam ediyor. Alkil ketonlar önemli ölçüde daha fazla miktarda bulunur ancak doğası gereği indirgenmeleri aril ketonlara göre daha zordur.
Bu amaçla, Hokkaido Üniversitesi’ndeki WPI-ICReDD’den uzman organik kimyagerler ve hesaplamalı kimyagerlerden oluşan bir ekip, alkil ketil radikalleri üretmek için yeni bir katalitik yöntem geliştirdi.
Bu araştırma şu dergide yayınlandı: Amerikan Kimya Derneği Dergisi.
WPI-ICReDD araştırmacıları daha önce aril ketonları fotokimyasal olarak dönüştürebilen (parlayan ışıkla aktive edilen reaksiyon) ancak alkil ketonlarla etkisiz olan fosfin ligandlarına sahip bir paladyum katalizörü göstermişti.
Verileri, alkil ketil radikallerinin oluşacağını, ancak ketil radikalinin, bir ketil radikal reaksiyonu meydana gelmeden önce bir elektronu paladyuma geri aktaracağını, yani geri elektron transferini (BET) öne sürdü. Bu, başlangıç materyalinde herhangi bir değişikliğe yol açmadı.
Tıpkı geleneksel paladyum katalizinde olduğu gibi, foto-uyarılmış paladyum katalizörlerinin reaktivitesi büyük ölçüde kullanılan fosfin ligandının türüne bağlıdır.
Bu nedenle ekip, alkil ketonlara karşı reaktivite oluşturabilen uygun bir fosfin ligandını tanımlayabileceklerini öne sürdü. Ancak binlerce fosfin ligandı bilindiğinden, bilinmeyen bir reaksiyon için en uygun olanı yalnızca deney yoluyla belirlemek zor, zaman alıcı ve kimyasal atıklar nedeniyle çevresel açıdan külfetli olacaktır.
Araştırmacılar, minimal deneylerle optimal ligandları verimli bir şekilde aramak için hesaplamalı kimyayı kullanarak bu sorunları etkili bir şekilde aştılar. Spesifik olarak, Doçent Wataru Matsuoka ve WPI-ICReDD’den Profesör Satoshi Maeda tarafından geliştirilen Sanal Ligand Destekli Tarama (VLAS) yöntemini kullandılar. 38 farklı fosfin ligandı için VLAS, elektronik ve steriklerine dayalı olarak hangi ligandların reaktiviteyi en iyi şekilde oluşturabileceğini tahmin eden bir ısı haritası oluşturdu.
Ekip, bu ısı haritasına dayanarak deneysel testler için sadece üç umut verici ligand seçti ve L4’ü optimal ligand olarak başarıyla tanımladı: tris(4-metoksifenil)fosfin (P(p-OMe-C₆H₄)₃). Bu ligandın kullanılması BET’i etkili bir şekilde baskılayarak alkil ketonlardan ketil radikallerinin oluşmasını sağlar ve yüksek verimle çok yönlü reaksiyonlara ulaşır.
Bu çalışma kimyagerlere alkil ketil radikal reaktivitesine kolay erişim sağlıyor ve VLAS’ın yeni kimyasal reaksiyonları hızla geliştirme ve optimize etme etkinliğini vurguluyor.
