Síntese regiosseletiva de calcogenofuranos polissubstituídos mediada por luz visível

Abstract

A utilização da luz visível como mediadora de reações químicas representa uma tecnologia proeminente na busca pela eficiência energética. Essa abordagem facilita a ativação de diversos substratos e a formação de novas ligações em condições reacionais brandas, conduzindo a obtenção de moléculas de grande relevância. Neste contexto, utilizando luz visível como mediadora, o presente trabalho relata a síntese de calcogenofuranos polissubstituídos, uma interessante classe de moléculas com potencial aplicação como intermediários sintéticos, além de potenciais propriedades farmacológicas e fotofísicas. A estratégia sintética, desenvolvida e otimizada, envolve uma reação de cicloadição oxidativa entre 1,3-dionas e calcogenoalcinos. Para tal, foram empregados LEDs azuis de 50 Watts como fonte de energia, azul de metileno (AM) como fotocatalisador e persulfato de amônio como agente oxidante, à temperatura ambiente por seis horas. Esse protocolo demonstrou versatilidade ao ser aplicado em uma variedade de calcogenoalcinos terminais e internos, bem como em diferentes 1,3-dionas. O estudo possibilitou a síntese de uma ampla gama de calcogenofuranos polissubstituídos (27 exemplos) alcançando rendimentos que variaram de 67% a 97%, demonstrando excelente regiosseletividade, evidenciada pela formação exclusiva de um regioisômero. Além disso, conduziu-se uma investigação mecanística para compreender o caminho reacional. Neste estudo, observou-se a formação de um radical no carbono α-dicarbonílico da 1,3-diona. Este radical formado se adiciona ao calcogenoalcino, resultando na formação de um intermediário olefínico. Nessa etapa crucial, o radical é estabilizado pelo átomo de calcogênio adjacente, um processo determinante na regioquímica dos produtos obtidos. Por fim, as propriedades fotofísicas de alguns calcogenofuranos foram investigadas em diversos solventes, revelando resultados interessantes. Foi constatado um aumento de até 55 vezes na intensidade de fluorescência em determinados solventes em comparação com outros, evidenciando a influência direta do meio na resposta óptica dessas moléculas. Essas características destacam os calcogenofuranos como candidatos promissores para aplicações como sensores ópticos em uma variedade de aplicações.

The use of visible light as a mediator for chemical reactions represents a prominent technology in the pursuit of energy efficiency. This approach facilitates the activation of various substrates and the formation of new bonds under mild reaction conditions, leading to the production of highly relevant molecules. In this context, employing visible light as a mediator, the present study reports the synthesis of polysubstituted chalcogenofurans, an intriguing class of molecules with potential applications as synthetic intermediates, as well as potential pharmacological and photophysical properties. The developed and optimized synthetic strategy involves an oxidative cycloaddition reaction between 1,3-diones and chalcogenoalkynes. Blue LEDs of 50 Watts were used as an energy source, methylene blue (MB) as a photocatalyst, and ammonium persulfate as an oxidizing agent, all at room temperature for six hours. This protocol demonstrated versatility when applied to a variety of terminal and internal chalcogenoalkynes, as well as different 1,3-diones. The study enabled the synthesis of a broad range of polysubstituted chalcogenofurans (27 examples) with yields ranging from 67% to 97%, demonstrating excellent regioselectivity, as evidenced by the exclusive formation of one regioisomer. Furthermore, a mechanistic investigation was conducted to understand the reaction pathway. In this study, the formation of a radical at the α-dicarbonyl carbon of the 1,3-dione was observed. This formed radical adds to the chalcogenoalkyne, resulting in the formation of an olefinic intermediate. In this crucial step, the radical is stabilized by the adjacent chalcogen atom, a determinant process in the regiochemistry of the obtained products. The photophysical properties of selected chalcogenofurans were investigated in different solvents, revealing interesting results. An increase of up to 55 times in fluorescence intensity was observed in selected solvents, highlighting the direct influence of the medium on the optical response in these molecules. These characteristics allowed to envisage chalcogenofurans as promising candidates for applications as optical sensors in a variety of fields.