12.04.2021 - Indian Institute of Science

El más rápido gana

Síntesis enantioselectiva de derivados del indol

El indol, y las estructuras derivadas de él, son un componente de muchas sustancias naturales, como el aminoácido triptófano. Una nueva reacción catalítica produce ciclopenta[b]indoles -estructuras formadas por tres anillos que se unen por los bordes- de forma muy selectiva y con la estructura espacial deseada. Como informa un equipo de investigadores en la revista Angewandte Chemie, las velocidades de los distintos pasos de la reacción desempeñan un papel fundamental.

Los derivados del indol están ampliamente distribuidos en la naturaleza; forman parte de la serotonina y la melatonina, así como de muchos alcaloides -algunos de los cuales se utilizan como fármacos, por ejemplo, como tratamientos para la enfermedad de Parkinson. El indol es un anillo aromático de seis miembros fusionado con un anillo de cinco miembros a lo largo de un borde. El anillo de cinco miembros tiene un doble enlace y un átomo de nitrógeno. La estructura básica del indol puede estar dotada de diversos grupos laterales o unida a anillos adicionales. El indol y muchos derivados del indol pueden obtenerse mediante una reacción de síntesis del indol desarrollada por Emil Fischer y que lleva su nombre (condensación asistida por ácido de cetonas con fenilhidrazinas).

La clase más importante de derivados del indol son los ciclopentanos[b]indoles, moléculas con una estructura formada por una unidad de indol y un anillo adicional de cinco miembros. Este anillo de cinco miembros puede contener un centro de carbono quiral, que es un carbono del anillo que tiene dos grupos laterales adicionales, y puede estar dispuesto de dos maneras que son imágenes especulares entre sí. Sólo uno de los dos enantiómeros, o imágenes especulares, se encuentra en la naturaleza. Sin embargo, la síntesis clásica del indol de Fischer produce una mezcla de ambos enantiómeros.

Un equipo dirigido por Santanu Mukherjee y Garima Jindal en el Instituto Indio de Ciencias de Bangalore (India) ha desarrollado una versión catalítica de la síntesis de indol de Fischer que produce principalmente uno de los enantiómeros (es decir, la reacción es enantioselectiva). Los materiales de partida son una clase de diketonas (ciclopentano-1,3-diones 2,2-disustituidas) y derivados de fenilhidrazina equipados con grupos protectores especiales. El secreto de su éxito es un catalizador especial: un ácido fosfórico cíclico quiral. La reacción se lleva a cabo en presencia de cloruro de zinc como cocatalizador y de una resina ácida de intercambio catiónico, que captura el amoníaco que se forma como subproducto.

El núcleo del mecanismo de reacción se denomina resolución cinética dinámica. Durante la reacción, primero se forma una hidrazona quiral como intermedio en ambas formas enantioméricas. Este paso es reversible, por lo que ambas hidrazonas enantioméricas pueden interconvertirse durante el curso de la reacción. La reacción de las hidrazonas para hacer los derivados del indol es la verdadera reacción catalítica. Esta reacción es mucho más rápida para uno de los enantiómeros de hidrazona en comparación con el otro porque una forma tiene una geometría más favorable cuando se une al catalizador quiral. El otro enantiómero de hidrazona reacciona muy lentamente y sólo da lugar a una pequeña cantidad del producto indol. En cambio, el enantiómero de hidrazona de reacción lenta se convierte en el enantiómero de hidrazona de reacción rápida, lo que hace que el equilibrio se desplace finalmente hacia el producto ciclopentano[b]indol.

Este método permitió al equipo producir muchos derivados de indol diferentes en rendimientos moderados, pero con una selectividad enantiomérica de buena a excelente.

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