Innovative synthetic strategies: pioneering approaches in medicinal chemistry

Abstract

Neste trabalho foi estudado o desenvolvimento e aplicação de um catalisador heterogéneo formado por nanoesponjas de celulose (CNS) carregadas com iões de paládio (II) para utilização em reações de acoplamento Suzuki-Miyaura. O objetivo principal consiste na utilização deste catalisador, derivado da celulose e amigo do ambiente, como alternativa sustentável aos catalisadores homogéneos tradicionais, que apresentam frequentemente problemas em termos de custo, reciclabilidade e impacto ambiental. Este catalisador inovador demonstrou em estudos anteriores promover eficazmente o acoplamento entre halogenetos de arilo e ácidos fenilborónicos. Neste projeto pretende-se estudar a sua aplicabilidade em diferentes substratos e em diferentes condições de reação. O estudo estende a sua aplicação a compostos heterocíclicos, incluindo derivados de furano, piridina, pirrolo e tiofeno, superando desafios como a instabilidade do ácido borónico e a sua baixa reatividade. Foram otimizados os principais parâmetros das reações, incluindo a temperatura, o tempo de reação e a concentração do catalisador a fim de melhorar os seus rendimentos e eficiência. A reatividade dos derivados de iodo foi superior à dos derivados de bromo, confirmando a melhor capacidade do iodo enquanto grupo abandonante. A influência dos substituintes foi significativa, com os grupos nitro e trifluorometilo, a aumentarem os rendimentos, enquanto o impedimento estéreo da posição orto reduziu a eficiência. As temperaturas mais elevadas foram particularmente benéficas para reações envolvendo o tiofeno, melhorando consideravelmente os rendimentos. Além disso, o catalisador demonstrou ser reutilizável, o que é fundamental para a sustentabilidade e aplicações industriais de forma mais prática e mantendo a eficiência. Esta investigação contribui para o avanço da química verde, explorando um catalisador ecológico e reciclável que reduz o impacto ambiental e os custos. O catalisador CNS-Pd tem aplicações potenciais na síntese farmacêutica, onde a formação eficiente de ligações carbono-carbono é essencial. A investigação futura irá centrar-se em alargar o espetro de substratos, otimizar ainda mais as condições de reação e aumentar a escala do sistema catalítico para uso industrial. Esta investigação abre caminho para processos mais ecológicos e económicos na síntese orgânica, abordando os principais desafios no fabrico sustentável de produtos químicos.

This study investigates the development and application of a novel heterogeneous catalyst based on cellulose nanosponges (CNS) loaded with palladium (II) ions for use in Suzuki-Miyaura (SM) coupling reactions. The primary goal is to explore this eco-friendly, cellulose-derived palladium support as a sustainable alternative to traditional homogeneous catalysts, which often present challenges in terms of cost, recyclability, and environmental impact. This innovative catalyst was previously shown to efficiently promote the coupling between aryl halides and phenylboronic acids, and here, its potential is further explored with different substrates under various reaction conditions. The study extends its application to heterocyclic compounds, including furan, pyridine, pyrrole, and thiophene derivatives, overcoming challenges such as boronic acid instability and low reactivity. Key reaction parameters, including temperature, reaction time, and catalyst loading, were optimized to improve yields and efficiency. The reactivity of iodo-derivatives was superior to bromo-derivatives, confirming iodine's better leaving group ability. The impact of substituents was significant, with electron-withdrawing groups like nitro and trifluoromethyl enhancing yields, while ortho-position steric hindrance reduced efficiency. Higher temperatures were particularly beneficial for reactions involving thiophene, improving yields considerably. Additionally, the catalyst demonstrated reusability, which is critical for sustainability and practical industrial applications. This research contributes to the advancement of green chemistry by offering an eco friendly, recyclable catalyst that reduces environmental impact and costs. The Pd-loaded Cellulose Nano-Sponge (CNS-Pd) catalyst has potential applications in pharmaceutical synthesis and material sciences, where efficient carbon-carbon bond formation is essential. Future research will focus on expanding the substrate scope, further optimizing reaction conditions, and scaling up the catalytic system for industrial use. This work paves the way for greener, more cost-effective processes in organic synthesis, addressing key challenges in sustainable chemical manufacturing.