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Pesquisadores do Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) demonstraram o uso expandido de um método computacional chamado método de Reação Induzida por Força Artificial (AFIR), prevendo reações pericíclicas com estereosseletividade precisa com base apenas em informações sobre a molécula do produto alvo . A previsão precisa da estereoquímica de uma molécula – ou seja, o arranjo 3D de seus átomos constituintes – é sem precedentes para um método de busca de caminho de reação automatizado. Este estudo serve como prova de conceito de que o método AFIR tem potencial para descobrir novas reações com estereoquímica específica.

Neste estudo, o AFIR é usado para calcular reações retrossintéticas, ou reversas, que vão de moléculas de produto a materiais de partida. Anteriormente, o AFIR era usado para prever reações pequenas e simples, mas previsões estereoquímicas precisas estavam fora de alcance, limitando a aplicabilidade da técnica. Neste estudo, os pesquisadores superaram esse obstáculo usando o método AFIR em uma classe importante de reações químicas chamadas reações pericíclicas, que são comumente encontradas em processos biológicos, incluindo a síntese de vitamina D.

Uma propriedade chave das reações pericíclicas é que elas têm a mesma relação estereoquímica, quer a reação esteja ocorrendo na direção direta ou inversa. Isso permitiu que a equipe usasse a estereoquímica calculada para a reação inversa para prever com precisão a estereoquímica da reação direta. Notavelmente, o AFIR também foi capaz de prever corretamente a estereoquímica para uma reação que quebra as regras de Woodward-Hoffman, que normalmente governam o comportamento das reações pericíclicas. A capacidade dessa técnica de prever exceções a essas regras padrão demonstra o potencial de usar esse método automatizado para descobrir reações não intuitivas que, de outra forma, podem passar despercebidas.

As reações pericíclicas também são vantajosas para o trabalho computacional porque são combinadas, o que significa que toda a quebra e formação de ligações ocorre em uma única etapa. Como essas reações não passam por intermediários iônicos, é difícil para as moléculas de solvente alterar a reação e permite que os pesquisadores ignorem os efeitos do solvente em seus cálculos. Tais cálculos são mais simples de executar e, portanto, permitem que moléculas mais complexas sejam manipuladas. Neste estudo, o AFIR manipulou com sucesso moléculas de até 52 átomos, mais de 2,5 vezes o tamanho das moléculas em estudos anteriores.

É importante ressaltar que a única informação necessária para usar o AFIR é a estrutura da molécula do produto desejado, para que os pesquisadores possam inserir uma molécula que desejam produzir e efetivamente apertar o botão de rebobinar para encontrar materiais iniciais promissores. A expansão do uso do AFIR para abranger moléculas maiores e processos estereoespecíficos abre novos caminhos para a descoberta automatizada de reações.

O principal autor, Tsuyoshi Mita, também ficou impressionado com a importância de usar uma abordagem automatizada para recriar reações historicamente significativas.

“As regras de Woodward-Hoffmann foram estabelecidas na década de 1960 e acho muito profundo que 60 anos depois possamos usar métodos automatizados de busca de caminhos de reação para prever os materiais iniciais de uma reação com estereoquímica que segue essas regras”, disse o principal autor Tsuyoshi Mita. “O Ácido Endiandrico C foi sintetizado por Nicolau em 1982 com base na hipótese biossintética de Black, e estou muito satisfeito por neste trabalho termos conseguido recriar o que estava na cabeça deles usando cálculos de química quântica. Sou um químico sintético orgânico e um usuário do método AFIR e neste projeto fui mais uma vez lembrado do poder do método AFIR.”

Fonte da história:

Materiais fornecidos por Universidade de Hokkaido. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.