Explorando novas reatividades através da catálise foto-redox de titânio

• Processo: 24/21114-9
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2030
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Orgânica
• Pesquisador responsável: José Tiago Menezes Correia
• Beneficiário: José Tiago Menezes Correia
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Município da Instituição Sede: São Paulo
• Assunto(s): Síntese orgânica Aziridinas Fotocatálise Catálise fotoredox Titânio Organocatálise
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: aziridinas | benzotiazolinas | Catálise foto-redox de Titânio | epóxidos | fotocatalise | Organocatálise de carbenos N-heterocíclicos | Síntese Orgânica

Resumo

Até a minha contratação, o Instituto de Química da USP contava com três grupos de pesquisa atuantes na área de Síntese Orgânica: o grupo do Prof. Bruno Paz, dedicado ao estudo de Catálise Assimétrica; o grupo do Prof. Alcindo dos Santos, focado na Síntese de Compostos de Enxofre, Selênio e Telúrio; e o grupo do Prof. Leandro Helguera, voltado para a Sustentabilidade em Construção Molecular. No entanto, nenhum desses grupos se dedica exclusivamente ao Desenvolvimento de Estratégias Fotocatalíticas (luz visível) para a Funcionalização de Moléculas Orgânicas. Diante desse cenário, este pedido de auxílio visa obter o suporte necessário para consolidar o meu recém-criado grupo de pesquisa, o PHOTOSYN (Laboratório de Fotocatálise e Síntese Orgânica), que tem como objetivo principal explorar a combinação entre a catálise redox de titânio, a organocatálise redox de carbenos N-heterocíclicos (NHCs) e a fotocatálise, com o intuito de desenvolver metodologias sintéticas inovadoras e sustentáveis. A proposta é dividida em dois subprojetos:O primeiro subprojeto será dedicado ao desenvolvimento de processos fotocatalíticos para a abertura e funcionalização de quatro classes de heterociclos tensionados: epóxidos, oxetanas, aziridinas e azetidinas. Inicialmente, com o intuito de validar a prova de conceito e introduzir inovações sustentáveis, os protocolos de abertura fotocatalítica de epóxidos descritos na literatura serão revisitados. A principal modificação proposta é a substituição do éster de Hantzsch, comumente utilizado, por uma benzotiazolina. Essa alteração visa garantir que o subproduto gerado seja mais facilmente reciclado ou reutilizado, além de eliminar a necessidade de co-catalisadores e outros aditivos. Para testar o potencial do novo protocolo, serão investigadas a abertura dos demais heterociclos tensionados, principalmente os derivados de terpenos, isatina e fármacos, bem como processos de ciclização em cascata.A partir da validação da prova de conceito, duas estratégias tricatalíticas serão exploradas, agregando maior complexidade e inovação à proposta:1) Fluoroalquilação de Heterociclos Tensionados: Utilizando benzotiazolinas como precursores de radicais fluoroalquil, essa estratégia exigirá a incorporação de um sal de cobre como co-catalisador, que será responsável pelo acoplamento dos fragmentos radicalares gerados. Uma vez otimizado, esse protocolo permitirá a síntese de álcoois e aminas contendo centros terciários e quaternários fluoroalquilados, com uma regioquímica inversa à tradicionalmente reportada na literatura.2) Abertura e Acoplamento de Heterociclos Tensionados a Aldeídos: Essa metodologia combinará a catálise foto-redox de titânio com a organocatálise de carbenos N-heterocíclicos (NHCs). O intermediário de Breslow, formado a partir da reação do aldeído com o catalisador NHC, atuará simultaneamente como agente redutor (quencher) e precursor de um radical cetil, possibilitando o acesso a centros terciários e quaternários acilados. Ambos os protocolos também serão aplicados na funcionalização de derivados terpênicos, isatínicos e de fármacos.O segundo subprojeto focará na desoxigenação e desoxi-funcionalização de álcoois, utilizando a catálise foto-redox de titânio. Com base em princípios mecanísticos semelhantes aos descritos para a abertura de heterociclos tensionados, os protocolos desenvolvidos anteriormente serão adaptados a esse novo sistema. A principal vantagem dessas estratégias é a promoção da desoxigenação, fluoroalquilação e acilação de álcoois sem a necessidade de ativação prévia da hidroxila, um desafio significativo em síntese orgânica.Além disso, serão investigadas reações em cascata desencadeadas pela desoxigenação de álcoois, visando a obtenção de moléculas com maior complexidade estrutural. Essas metodologias oferecerão alternativas valiosas para a racionalização retrossintética, contribuindo para o desenvolvimento de processos mais eficientes e sustentáveis. (AU)