by Thamarasee Jeewandara , Phys.org
Dalam kimia organik, konversi ikatan karbon-hidrogen (C-H) yang tidak aktif menjadi ikatan karbon-nitrogen (C-N) adalah transformasi yang sangat dihargai. Ilmuwan dapat menyelesaikan reaksi seperti itu hanya pada satu situs C-H karena derivasi pertama dapat mengurangi reaktivitas ikatan C-H sekitarnya.
Dalam laporan baru yang sekarang diterbitkan di Science, Tao Shen dan Tristan H.Lambert di departemen kimia dan biologi kimia, Cornell University, New York, menunjukkan bahwa arena teralkilasi dapat mengalami reaksi diaminasi CH vicinal untuk membentuk turunan 1,2-diamina menggunakan strategi elektrofotokatalitik.
Selama proses sintetik, mereka menggunakan asetonitril sebagai pelarut dan sumber nitrogen. Mereka mengkatalisis reaksi menggunakan ion trisaminocyclopropenium (TAC), yang mengalami oksidasi anodik untuk menghasilkan dikasi radikal yang stabil (kation apapun), sedangkan reaksi katodik mereduksi proton menjadi molekul hidrogen. Ketika mereka meradiasi dikasi radikal TAC dengan cahaya fluoresen kompak bercahaya putih, mereka menghasilkan zat antara photoexcited yang sangat teroksidasi. Berdasarkan elektrolit yang digunakan, tim memperoleh produk 3,4-dihydroimidazole atau aziridine.
Proses sintesis baru
Reaksi kimia di mana-mana yang mengubah ikatan karbon-hidrogen (C-H) inert menjadi ikatan karbon-nitrogen (C-N) yang berharga dapat sangat mempercepat konstruksi molekul kompleks yang relevan dengan perusahaan biomedis. Oleh karena itu, para peneliti telah mendapatkan serangkaian reaksi aminasi C-H, tetapi terlepas dari kekuatan dan cakupannya, banyak kampanye sintetis harus memasang banyak hubungan C-N.
Tantangan utama untuk mengembangkan reaksi kimia semacam itu adalah bahwa heterofungsionalitas cenderung menonaktifkan ikatan di sekitarnya menuju mode mekanistik khas aktivasi C – H. Hanya beberapa teknologi reaksi yang sejauh ini telah mencapai fungsi multipoten pada ikatan C-H proksimal.
Shen et al menjelaskan strategi kimia oksidasi yang kuat dengan menggabungkan energi cahaya dan listrik dalam satu katalis dalam proses yang dikenal sebagai elektrofotokatalisis (EPC).
Dalam strategi ini, tim menggunakan oksidasi elektrokimia dari ion trisaminocyclopropenium (TAC) di bawah potensi elektrokimia yang relatif ringan dan iradiasi cahaya tampak bersamaan untuk merangsang radikal kationik yang dihasilkan. Dikation radikal foto-tereksitasi adalah oksidan yang sangat kuat yang menunjukkan reaksi yang menantang termasuk fungsi oksidatif benzena dan arena miskin elektron lainnya atau fungsionalisasi C-H regioselektif eter.
Percobaan
Tim berhipotesis kekuatan oksidasi TAC untuk juga mengaktifkan manifold aktivasi ikatan C-H lainnya. Di bawah kondisi yang tepat, pendekatan elektrofotokatalitik dapat menghasilkan intermediet karbo-kation untuk memfasilitasi fungsionalisasi tipe Ritter dari ikatan C-H tanpa oksidan kimia eksternal.
Biasanya, selama reaksi tipe Ritter menghasilkan karbokation dengan penjebakan berikutnya oleh nitril untuk membentuk zat antara ion nitrilium diikuti oleh produk amida setelah hidrolisis. Tim berasumsi bahwa kondisi pengoksidasi kuat, namun selektif yang ditawarkan oleh TAC (trisaminocyclopropenium) EPC (elektrofotokatalisis) dapat memungkinkan serangkaian reaksi fungsionalisasi C-H tipe-Ritter, di mana gugus asetamid yang awalnya terbentuk memfasilitasi reaksi aminasi kedua pada posisi yang berdekatan.
Jika memungkinkan, metode ini dapat memfasilitasi aminasi regioselektif dari dua ikatan C-H hanya dengan menggunakan cahaya tampak, potensial elektrokimia ringan dan pelarut umum sebagai sumber nitrogen, bukan prekursor nitren.
Shen et al melaporkan realisasi deaminasi elektrofotokatalitik ikatan C-H untuk melengkapi dihidroimidazol atau aziridin, tergantung pada jenis elektrolit yang digunakan selama percobaan.
Produk Sintetis
Setelah penyaringan ekstensif, kondisi reaksi termasuk potensi sel, elektrolit, aditif asam dan waktu reaksi, Shen et al. mengidentifikasi kondisi untuk membantu konversi yang efisien dari berbagai hidrokarbon benzilik dari hasil adisi N-asil-4,5-dihidroimidazol yang sesuai.
Dalam pengaturan reaksi, para ilmuwan menggunakan iradiasi cahaya tampak dengan cahaya fluoresen kompak putih dari larutan substrat yang mengandung TAC dalam sel elektrolitik terbagi di bawah potensi terkontrol.
Tim menambahkan katalis TAC dan substrat di dalam ruang anodik di mana kimia deaminasi C-H terjadi. Produk sampingan redoks yang dihasilkan secara efektif tidak dapat dilacak. Berdasarkan kondisi yang serupa, berbagai hidrokarbon benzilik menjalani diaminasi C-H vicinal untuk membentuk produk yang beragam.
Dalam semua kasus, para peneliti mencatat bagaimana fungsi metilen karbon terjadi dalam preferensi terhadap metil karbon, bahkan ketika terdapat gugus yang menuntut secara sterik atau gugus penarik elektron. Karena amina Îą-Îą-diaryl membentuk substruktur yang berharga dalam senyawa yang relevan secara biomedis, tim juga menyelidiki transformasi pada substrat permata-diaril.
Mereka menemukan bahwa 1,1-difenil etana bereaksi secara efisien untuk menghasilkan senyawa alkil benzena sekunder dengan hasil 80 persen. Kompatibilitas substituen alkohol, ester, alkil fluorida dan amida memungkinkan sintesis produk tambahan yang lebih berfungsi dengan baik.
Fungsionalisasi sistem cincin
Tim mempelajari lebih lanjut potensi reaksi ini untuk memfungsikan sistem cincin. Reaksi fenil siklopentana menyebabkan senyawa bisiklik menghasilkan 85 persen. Para ilmuwan menghasilkan produk cincin beranggota enam dan tujuh sebagai campuran regioisomerik, bersama dengan produk cincin beranggota delapan dan 12 sebagai isomer tunggal. Mereka meningkatkan beberapa hasil untuk substrat siklik dengan menggunakan tetrabutylammonium fosfat (TBAF6) sebagai elektrolit. Selain asetonitril, para peneliti menggunakan nitril lain untuk menghasilkan produk diaminasi yang berasal dari propionitril, butil nitril atau benzonitril sebagai sumber nitrogen. Para ilmuwan juga menguji proses diaminasi menggunakan substrat benzilik yang tidak bercabang. Akibatnya, turunan imina dan halogenasi memunculkan aziridin dalam hasil rendah hingga sedang dengan hasil produk diaminasi yang hampir sama.
Klasifkasi senyawa obat
Sejak tahap akhir proses fungsionalisasi C-H menawarkan alat yang ampuh untuk diversifikasi perpustakaan senyawa obat, Shen et al. menguji kimia difungsionalisasi pada beberapa molekul yang merupakan analog dekat dari molekul aktif biologis yang diketahui.
Tim diaminated turunan dibromoisatin untuk menghasilkan analog molekul bioaktif dalam hasil 42 persen. Misalnya, turunan Isatin telah diteliti di masa lalu karena khasiat obatnya termasuk aktivitas antitumor dan antivirus.
Para ilmuwan juga menemukan bahwa analog celecoxib dapat menghasilkan hasil 56 persen dalam kondisi standar. Mereka kemudian mengubah sebuah analog dari thalidomide dengan aktivitas antiproliferatif menjadi analog bioaktif lain dengan hasil 50 persen. Tim selanjutnya menemukan bagaimana modifikasi kecil pada prosedur elektrofotokatalitik dapat menyebabkan isolasi 1,2-diamina bebas dengan hasil yang baik.
Shen et al percaya mekanisme yang berasal dari aminasi tipe Ritter pada substrat ikatan C-H benzilik dalam proses yang sesuai dengan reaksi tipe Ritter elektrokimia yang diketahui.
Dengan cara ini, Tao Shen dan Tristan H. Lambert mencatat kesesuaian deaminasi dengan keragaman fungsionalitas yang masuk akal untuk aplikasi praktis dari reaksi ini.
Para ilmuwan menggunakan kekuatan cahaya gabungan dan energi listrik untuk melakukan reaksi dalam fungsi katalis tunggal dengan kemampuan sintetik yang lebih maju.
Bimbel SBMPTN - SIMAK UI
