Quebrando as ligações CH em Hidrocarbonetos para Sintetizar Moléculas Orgânicas Complexas

As ligações carbono-hidrogénio em alcanos — especialmente aquelas nas extremidades das moléculas, onde cada carbono tem três átomos de hidrogênio conectados a ele — são difíceis de “quebrar” se quiser trocar os átomos de hidrogénio com outros átomos. Metano (CH4) e etano (CH3CH3) são compostos, especificamente, de tais átomos de hidrogénio fortemente aderidos. Na revista Angewandte Chemie, um grupo de cientistas definiu atualmente com precisão como eles dividem essas ligações enquanto formam novas ligações carbono-nitrogénio (amidação).

Se fosse possível dividir as ligações CH em hidrocarbonetos facilmente, certamente seria viável sintetizar moléculas orgânicas complexas, como produtos farmacêuticos, de forma muito mais conveniente e direta do petróleo. Essa estratégia também pode oferecer ainda mais caminhos para a reciclagem de resíduos plásticos. O desenvolvimento de ligações carbono-nitrogénio é de interesse específico porque desempenham um papel crucial nos produtos naturais. Por exemplo, ligações amida conectam aminoácidos individuais com proteínas.

Apesar de algum sucesso alcançado na funcionalização de hidrocarbonetos pesados, mesmo nas colocações finais, as poderosas ligações CH de alcanos leves, predominantemente metano, raramente podem ser divididas. Usar esses componentes primários do gás natural como blocos de construção sintéticos é preferível, pois sem dúvida permitiria o uso desse subproduto frequentemente perdido da extração de petróleo.

Um grupo liderado por Ana Caballero e também Pedro J. Pérez (Universidad de Huelva, Espanha), com John F. Hartwig (University of California, Berkeley, EUA), conseguiu emparelhar amidas (compostos naturais contendo nitrogénio) a alcanos leves com perda de um átomo de hidrogênio. Os produtos dessas amidações desidrogenativas são chamados N-alquilamidas.

O início desta abordagem foi a amidação de ligações CH em alcanos pesados ​​com um catalisador à base de cobre e peróxido de di-terc-butila como agente oxidante, conforme elaborado vários anos antes pela equipa de Hartwig. A variante do catalisador levou ao sucesso. Suponha que o cobre tenha ligantes do tipo fenantrolina (um sistema aromático contendo nitrogénio de três anéis de seis membros). Nesse caso, é viável criar altos rendimentos na reação do etano com a benzamida — com uma variedade de outras amidas — usando o benzeno como solvente. A resposta também funcionou quando o dióxido de carbono supercrítico — uma alternativa mais ecológica — foi usado como solvente. A reação com etano é um desenvolvimento de ligação CN incomum com uma ligação CH primária não ativada.

Propano, n-butano, bem como iso-butano ofereceram resultados comparáveis. Nos alcanos leves, a reatividade se associa consideravelmente mais fortemente com a energia de dissociação das ligações CH do que nos alcanos superiores.

E também metano? Mesmo o candidato mais complexo — amidação de metano nunca foi observada — poderia ser acoplado à amida. Experimentos isotópicos foram utilizados para verificar se o metano reage à formação de N-metilbenzamida.

Originalmente publicado em Laboratory Equipment . Leia o artigo original.

Referência:  M. Ángeles Fuentes et al, Copper-Catalyzed Dehydrogenative Amidation of Light Alkanes,  Angewandte Chemie International Edition  (2021). DOI: 10.1002 / anie.202104737