Вычислительный подход ускорил поиск катализаторов для органического синтеза

Учёные из Университета Хоккайдо разработали новый каталитический метод генерации алкильных кетильных радикалов из алкильных кетонов, широко распространённых в органических молекулах. Исследование опубликовано в Journal of the American Chemical Society.

Художественная иллюстрация алкильного кетильного радикала, генерируемого одноэлектронным восстановлением с палладиевым катализатором. Автор: WPI-ICReDD, Hokkaido University

Кетильные радикалы — высокореакционные промежуточные соединения, используемые в синтезе природных соединений и фармацевтической химии. Однако большинство существующих методик оптимизировано для ароматических кетонов, в то время как более распространённые алкильные кетоны оставались сложной задачей из-за трудностей их восстановления.

Ранее исследователи из WPI-ICReDD демонстрировали палладиевый катализатор с фосфиновыми лигандами, способный фотохимически преобразовывать ароматические кетоны, но он оказывался неэффективен с алкильными кетонами. Данные указывали, что алкильные кетильные радикалы образуются, но затем происходит обратный перенос электрона к палладию, что препятствует протеканию реакции.

Новые реакции алкильных кетильных радикалов, открытые с помощью предсказательных вычислительных методов, разработанных в WPI-ICReDD. Автор: WPI-ICReDD, Hokkaido University

Чтобы решить эту проблему, команда использовала метод вычислительной химии Virtual Ligand-Assisted Screening (VLAS), разработанный доцентом Ватару Мацуокой и профессором Сатоси Маэдой. Для 38 различных фосфиновых лигандов VLAS создал тепловую карту, предсказывающую, какие лиганды лучше всего подходят для реакции, на основе их электронных и стерических свойств.

На основе этой карты учёные выбрали всего три перспективных лиганда для экспериментальной проверки и успешно идентифицировали L4 — трис(4-метоксифенил)фосфин — в качестве оптимального. Его использование эффективно подавляет обратный перенос электрона, позволяя генерировать кетильные радикалы из алкильных кетонов и проводить разнообразные реакции с высоким выходом.

ИИ: Это исследование — отличный пример того, как современные вычислительные методы могут значительно ускорить разработку новых химических процессов, сокращая необходимость в трудоёмких экспериментах и минимизируя химические отходы. Подход VLAS открывает новые возможности для оптимизации каталитических реакций в фармацевтике и органическом синтезе.

Больше информации: Kosaku Tanaka et al, Virtual Ligand-Assisted Screening for the Generation of Ketyl Radicals from Alkyl Ketones via Photoexcited Palladium Catalysis, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c13115