Převrat v chemii: Japonci vyvinuli metodu pro výrobu léků a materiálů bez drahých kovů

Vědci z Tokijského institutu vědy vyvinuli jednoduchou a účinnou metodu pro syntézu polyfunkcionalizovaných biarylů, která nevyžaduje drahé katalyzátory z přechodných kovů ani složité vícekrokové předfunkcionalizace.

Vědci z Tokijského institutu vědy vyvinuli jednoduchou a účinnou metodu pro syntézu polyfunkcionalizovaných biarylů, která nevyžaduje drahé katalyzátory z přechodných kovů ani složité vícekrokové předfunkcionalizace. Tento průlom v organické chemii by mohl výrazně zjednodušit výrobu léků a funkčních materiálů, čímž přispěje k udržitelnějším průmyslovým procesům.

Biarylové molekulární struktury jsou základními stavebními kameny mnoha biologicky aktivních sloučenin, včetně léčiv (například antibakteriálních látek, inhibitorů uvolňování histaminu a inhibitorů HCV), funkčních materiálů a konjugovaných polymerů. Jejich význam spočívá ve schopnosti ovlivňovat molekulární geometrii, elektronovou distribuci a mezimolekulární interakce, což silně ovlivňuje jejich biologickou aktivitu. Současné široce používané metody syntézy těchto sloučenin se často spoléhají na drahé a citlivé katalyzátory, jako je palladium a nikl, a také na složité funkční skupiny a vícenásobné reakční kroky. Tyto postupy navíc vyžadují vysoké teploty, externí oxidanty nebo silné báze, což omezuje jejich obecnou použitelnost a vyvolává obavy o udržitelnost.

Výzkumný tým vedený docentem Takeshim Hatou a profesorem Hideyou Yuasou z Tokijského institutu vědy, ve spolupráci s kolegy ze Showa Pharmaceutical University, se zaměřil na udržitelnější přístupy bez přechodných kovů. Jejich inovativní strategie spočívá v racionálním návrhu substrátu, který selektivně podporuje sigmatropní přesmyk nitroarenů benzidinového typu. Tento přesmyk se obvykle vyskytuje pouze jako vedlejší reakce s nízkým výtěžkem. Vědci však zjistili, že zavedením dvou elektronově odtahujících halogenových substituentů do meta pozic nitroarenu a vhodného substituentu do orto pozice lze přesně řídit elektronový stav a sterické prostředí reakčních meziproduktů.

Díky této úpravě se dříve minoritní vedlejší reakce stala dominantní cestou, což umožnilo efektivní syntézu polyfunkcionalizovaných biarylů ve vysokých výtěžcích bez potřeby drahých katalyzátorů z přechodných kovů. Kombinací modifikovaných nitroarenů s arylovými Grignardovými činidly při nízkých teplotách (optimálně -45 °C) bylo dosaženo požadovaného produktu během 15 minut. Studie také ukázala, že orto substituce je pro reakci klíčová a systém podporuje širokou škálu funkčních skupin. Pečlivý výběr substituentů navíc umožňuje řízenou syntézu různorodých biarylů se složitými strukturami, které jsou konvenčními metodami obtížně získatelné. Vědci rovněž zjistili, že trifluoracetamid-substituované nitroareny místo tvorby biarylů podléhají po přesmyku intramolekulární cyklizaci za vzniku trifluormethyl-substituovaných benzimidazolů, které jsou vysoce ceněné v medicinální chemii.