image: A chemist from RUDN University used a copper catalyst in the click reaction of triazole synthesis. Triazoles are bioactive substances that are used to treat fungal diseases and synthesize pharmaceutical drugs and also play a role in polymer chemistry. The catalyst not only accelerated the reaction several times but also helped perform it at room temperature and without any bases or solvents. The reaction turned out to be almost 100% effective and had no by-products. The scientist also studied the mechanism of the reaction and identified its differences from a regular click reaction. view more
Credit: RUDN University
Un químico de RUDN University usó un complejo de cobre como catalizador para una reacción click, mediante la cual se obtienen triazoles biológicamente activos. Estas sustancias se usan, por ejemplo, para el tratamiento de hongos, en la síntesis de medicamentos, así como en la química de polímeros. El catalizador no solo incrementó la velocidad de la reacción varias veces, sino que también permitió que se llevara a cabo a temperatura ambiente y sin el uso de una base y solventes. En este caso, la eficacia de la reacción resultó ser casi del 100% y sin subproductos. El mecanismo de la reacción también fue estudiado en detalle y se demostró que difiere del generalmente aceptado. El trabajo fue publicado en la revista Journal of Catalysis.
"Reacciones click" es un nombre general para las reacciones en las que simples módulos de moléculas "hacen click" entre sí y se ensamblan en una molécula compleja grande. Se utilizan principalmente en la farmacéutica y química de polímeros. Mediante la reacción click, la cicloadición azida-alquino "CuAAC", se obtienen triazoles, sustancias biológicamente activas con actividad antibacteriana, neuroléptica y antiespasmódica, por ejemplo, el fluconazol e itraconazol. Normalmente, para estas reacciones se utilizan catalizadores a base de cobre, los cuales aceleran el proceso, pero esto requiere condiciones adicionales como temperaturas altas o reactivos adicionales, y esto aumenta el costo de producción. Un químico de RUDN University propuso utilizar un complejo de cobre, con el cual la reacción click ocurre más rápidamente y a condiciones ambiente sin agregar ninguna base. Además, el equipo de químicos realizó por primera vez una descripción completa del mecanismo del proceso, el cual hasta ahora no estaba del todo claro, y de las características en función del sistema de catalizadores.
"Hoy en día se utilizan varios catalizadores de cobre para la reacción CuAAC, pero en muchos casos se requieren condiciones duras (altas temperaturas, reactivos adicionales, etc.). Aunque el mecanismo de esta reacción es bien conocido y estudiado, todavía existe un debate sobre en qué se basa exactamente el mecanismo de acción de los catalizadores", comentó Vladimir Larionov, Candidato de Ciencias Químicas, docente del Departamento de Química Inorgánica, RUDN University.
El compuesto estudiado por los químicos contiene tres iones de cobre, los cuales están unidos por ligandos, iones orgánicos complejos. Los químicos utilizaron este compuesto como catalizador en la reacción CuAAC a condiciones ambientales, también usaron diclorometano, tolueno y otros reactivos como solvente. Sin embargo, sin usar solventes, el complejo de cobre dio el producto deseado en 4 horas; por otro lado, sin un catalizador, la reacción no ocurrió. Además, el 99% de la sustancia inicial se convirtió en triazol y no se formó ningún subproducto.
Por primera vez, los químicos investigaron el mecanismo de reacción detalladamente usando espectrometría de masas y cálculos de química cuántica. Las moléculas se dividieron en fragmentos cargados y luego su estructura se determinó mediante la relación entre la masa del fragmento y la carga. Los científicos concluyeron que el catalizador acelera la reacción de dos formas a la vez. El ligando ayuda a la sustancia inicial, el alquino, a deshacerse del protón y pasar a estado activo, y los iones de cobre participan en la formación de una sustancia intermedia, un intermedio. En este caso, se forman enlaces entre los iones metálicos en el catalizador y las partículas de la sustancia inicial. En el pasado, se creía que la etapa más lenta de la reacción era la formación del enlace entre el catalizador y el alquino, es decir, del acetiluro de cobre. Los químicos demostraron que esto no es así en su caso; en realidad, la etapa que determina la velocidad de la reacción es la formación del "primer" enlace entre los dos reactivos.
"La esencia de los resultados obtenidos es que la etapa más lenta, que determina la velocidad de toda la reacción CuAAC, depende de los catalizadores y reactivos. Anteriormente, este fenómeno estaba bastante subestimado", expresó Vladimir Larionov, Candidato de Ciencias Químicas, docente del Departamento de Química Inorgánica de RUDN University.
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Journal of Catalysis