Les cétones étant répandues dans les molécules organiques, les chimistes sont impatients de développer de nouvelles réactions qui les utilisent pour former des liaisons chimiques. Une réaction difficile est la réduction d’un électron des cétones pour générer des radicaux cétyles.
Les radicaux cétyle sont des intermédiaires réactifs utilisés dans la synthèse de produits naturels et la chimie pharmaceutique ; cependant, la plupart des méthodologies sont optimisées pour les arylcétones, tandis que les alkylcétones simples restent un défi pour les chimistes. Les alkylcétones sont considérablement plus abondantes mais intrinsèquement plus difficiles à réduire que les arylcétones.
À cette fin, une équipe de chimistes organiques spécialisés et de chimistes computationnels du WPI-ICReDD de l’Université d’Hokkaido a développé une nouvelle méthode catalytique pour générer des radicaux alkylcétyles.
Cette recherche est publiée dans le Journal de l'American Chemical Society.
Les chercheurs du WPI-ICReDD ont déjà démontré un catalyseur au palladium avec des ligands phosphine qui pourrait transformer photochimiquement les arylcétones (réaction activée par la lumière brillante) mais était inefficace avec les alkylcétones.
Leurs données suggèrent que des radicaux alkylcétyle se formeraient, mais que le radical cétyle transférerait un électron au palladium, c'est-à-dire un transfert d'électrons en retour (BET), avant qu'une réaction radicalaire cétyle puisse se produire. Cela n'a entraîné aucune modification du matériau de départ.
Tout comme dans la catalyse conventionnelle au palladium, la réactivité des catalyseurs au palladium photoexcités dépend grandement du type de ligand phosphine utilisé.
Par conséquent, l’équipe a émis l’hypothèse qu’elle pourrait identifier un ligand phosphine approprié, capable d’engendrer une réactivité envers les alkylcétones. Cependant, étant donné que des milliers de ligands de phosphine sont connus, identifier le ligand optimal pour une réaction inconnue par la seule expérimentation serait difficile, prendrait du temps et serait lourd pour l'environnement en raison des déchets chimiques.
Les chercheurs ont efficacement contourné ces problèmes en utilisant la chimie computationnelle pour rechercher efficacement des ligands optimaux avec un minimum d'expériences. Plus précisément, ils ont utilisé la méthode Virtual Ligand-Assisted Screening (VLAS) développée par le professeur agrégé Wataru Matsuoka et le professeur Satoshi Maeda du WPI-ICReDD. Pour 38 ligands de phosphine différents, le VLAS a généré une carte thermique qui prédisait quels ligands pourraient le mieux engendrer une réactivité en fonction de leur électronique et de leurs stériques.
Sur la base de cette carte thermique, l'équipe a sélectionné seulement trois ligands prometteurs pour des tests expérimentaux et a identifié avec succès L4 comme le ligand optimal : la tris(4-méthoxyphényl)phosphine (P(p-OMe-C₆H₄)₃). L'utilisation de ce ligand supprime efficacement le BET, permettant la génération de radicaux cétyles à partir d'alkylcétones et permettant d'obtenir des réactions polyvalentes avec un rendement élevé.
Ce travail offre aux chimistes un accès facile à la réactivité des radicaux alkylcétyles et met en évidence l’efficacité du VLAS pour développer et optimiser rapidement de nouvelles réactions chimiques.
