Estudo Comparativo entre o Cu(INA)2-MOF e o Complexo [Cu(INA)2(H2O)4] para a Síntese de 1,2,3-Triazóis-1,4-Dissubstituídos

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Orgânica

Autores

Willig, J.C.M. (UNIOESTE) ; Granetto, G. (UNIOESTE) ; Reginato, D. (UNIOESTE) ; Poruczinski, (UNIOESTE) ; Botteselle, G.V. (UNIOESTE) ; Manarin, F.G. (UNIOESTE)

Resumo

A atividade catalítica da estrutura metalo-orgânica Cu(INA)₂ (INA=íon isonicotinado) e do complexo [Cu(INA)₂(H₂O) ₄] foi investigada na reação de Cicloadição Azida-Alcino Catalisada por Cobre (CuAAC), sob condições reacionais isentas de solvente. O método desenvolvido, apresenta-se como robusto, seletivo, eficiente e ambientalmente adequado, levando a preparação de uma variedade de compostos 1,2,3-triazóis-1,4-dissubstituídos com ótimos rendimentos e em curtos períodos reacionais. O estudo comparativo entre o MOF e o complexo demonstrou melhores resultados para o Cu-MOF, tanto para os rendimentos quanto para a regioseletividade. Além disso, ambos os catalisadores foram recuperados e reutilizados sem perda significativa da atividade catalítica.

Palavras chaves

Click Chemistry; MOF; Química Verde

Introdução

Os polímeros de coordenação da classe metal-organic framework (MOFs) vêm ganhando considerável atenção nos últimos anos no campo da catálise, devido as suas propriedades tais como: porosidade, elevada área superficial, estabilidade térmica, cristalinidade e baixa solubilidade. Essas características os tornam potenciais catalisadores em várias reações orgânicas e possíveis de serem reciclados (CHEN et al., 2018, p. 1). Dentre os MOFs utilizados em catálise heterogênea, os derivados de cobre emergem como potenciais catalisadores. Por exemplo, a combinação do Cu (II) com o ânion isonicotinato pode produzir duas estruturas: o complexo [Cu(INA) ₂(H₂O)₄] e o Cu(INA)₂-MOF (ALMÁŠIA et al., 2014, p. 118; PICHON et al, 2006, p. 211), o qual Phan (2015, p. 107547) e Troung (2017, p. 60) demostraram que pode ser utilizado como um eficiente catalisador heterogêneo em diferentes reações orgânicas. Deste modo, acredita-se que tanto o Cu-MOF quanto o produto de sua hidrólise, o complexo [Cu(INA)₂(H₂O)₄], podem ser catalisadores eficientes para síntese de outros compostos heterocíclicos, como os 1,2,3-triazóis. Estes compostos são exemplos de heterocíclicos que se destacam devido as suas propriedades químicas e estruturais únicas e sua vasta aplicação, principalmente na indústria farmacêutica (KOLB et al. 2003, p. 1128). Considerando a eficiência do Cu(INA)₂-MOF e da necessidade de novas metodologias para obtenção desses compostos triazólicos, desenvolveu-se duas novas metodologias recicláveis e ecologicamente corretas e um estudo comparativo das atividades catalíticas desses dois compostos para a reação click.

Material e métodos

Os catalisadores Cu(INA)₂-MOF e o complexo [Cu(INA)₂ (H₂O)₄] foram sintetizados de acordo com a literatura (PICHON et al, 2006, p. 211; WAIZUMP et al., 1998, p. 269). Para a síntese dos 1,2,3-triazóis, adicionou-se a azida (0,5 mmol; 64 μL), o acetileno (0,5 mmol; 56 μL) e o catalisador (1 mol%, 2 mg) em um tubo de ensaio de 5 mL, sob agitação à 80ºC, durante o tempo descrito na Figura 1. O término da reação foi determinado pelo consumo do material de partida verificada por Cromatografia em Camada Delgada (CCD), e o produto extraído com diclorometano e separado por centrifugação (3x5min-5000 rpm), sendo o solvente removido com rota-evaporador sob pressão reduzida. Quando necessário, purificou-se o produto por cromatografia em coluna.

Resultado e discussão

Inicialmente, estudou-se a otimização da condição reacional utilizando como reagentes padrões, a azida benzílica 1a e o fenilacetileno 2a para as reações catalisadas por Cu(INA)₂-MOF e pelo complexo [Cu(INA)₂(H₂O)₄]. Assim, avaliou-se a influência de alguns parâmetros de reação, como a quantidade de catalisador e a temperatura. Sendo que a condição otimizada utiliza a temperatura de 80°C e 1 mol% de catalisador tanto para o Cu-MOF quanto para o Cu-Complexo, obtendo o produto 3a com 95 e 93% de rendimento, respectivamente, conforme ilustrado na Figura 1. A fim de explorar a generalidade e as limitações da metodologia desenvolvida, aplicou-se sistematicamente essa condição para diferentes substratos, permitindo a síntese de uma variedade de moléculas identificadas na Figura 1. Além disso, foi investigada a possível reciclagem dos catalisadores. Para tanto, o Cu-MOF e Cu-Complexo foram recuperados e reutilizados em reações subsequentes entre a azida benzílica 1a e o fenilacetileno 2a. Os catalisadores recuperados puderam ser reutilizados por 5 ciclos reacionais, sem perda significativa do rendimento do produto 3a. Por fim, comparando a reatividade do Cu(INA)₂-MOF com o complexo [Cu(INA)₂ (H₂O)₄], observa-se em suas estruturas que o centro catalítico de cobre no MOF é menos impedido, uma vez que o composto apresenta geometria piramidal quadrada distorcida enquanto no complexo a geometria é octaédrica (Figura 2), o que justifica os melhores resultados obtidos pela estrutura metalo-orgânica.

Variedade de 1,2,3-triazóis-1,4-dissubstituídos sintetizados a partir das metodologias otimizadas.


Diferença estrutural dos centros catalíticos. Cu-MOF: esquerda (adaptado de Wang et al., 2012) Cu- Complexo: direita (adaptado de Almáši et al., 2014)

Conclusões

Ambas as metodologias desenvolvidas mostraram vantagens na obtenção de compostos 1,2,3-triazóis-1,4-dissubstituídos, que incluem o uso de catalisadores recicláveis, economia atômica, curtos períodos reacionais, ausência de base e agentes redutores em um sistema livre de solvente. Ademais, o Cu-MOF apresentou maior eficiência e seletividade do que o Cu-Complexo, atendendo a maioria dos conceitos estabelecidos pela click chemistry e pela Química Verde.

Agradecimentos

À Capes pela bolsa e à Fundação Araucária pelo fomento à pesquisa (FGM- 003/2017)

Referências

ALMÁŠI, M. et al. An unprecedented coordination mode of isonicotinate ligand in novel copper (II) polymeric complex: synthesis, spectral, thermal and magnetic properties and their comparison with known molecular analog. Inorganic Chemistry Communications, v. 46, p. 118-121, 2014. CHEN, Yu-Zhen et al. Metal–organic framework-derived porous materials for catalysis. Coordination Chemistry Reviews, v. 362, p. 1-23, 2018. KOLB, Hartmuth C.; SHARPLESS, K. Barry. The growing impact of click chemistry on drug discovery. Drug discovery today, v. 8, n. 24, p. 1128-1137, 2003. NGUYEN, Tu V. et al. Nucleophilic trifluormethylation of aryl boronic acid under heterogeneous Cu(INA)2 catalysis at room temperature: The catalytic copper-based protocol. Molecular Catalysis, v. 436, p. 60-66, 2017. PICHON, Anne; LAZUEN-GARAY, Ana; JAMES, Stuart L. Solvent-free synthesis of a microporous metal–organic framework. CrystEngComm, v. 8, n. 3, p. 211-214, 2006. TRUONG, Thanh et al. Ligand-free N-arylation of heterocycles using metal–organic framework [Cu (INA) 2] as an efficient heterogeneous catalyst. RSC Advances, v. 5, n. 130, p. 107547-107556, 2015. WANG, Pipi et al. Mechanochemical interconversion between discrete complexes and coordination networks–formal hydration/dehydration by LAG. CrystEngComm, v. 14, n. 6, p. 1994-1997, 2012.