por F. R .G. Bergamini
Na natureza, a maior parte das moléculas presentes nos seres vivos, seja apresentando função estrutural e/ou função metabólica, apresentam ligações entre um heteroátomo e carbono, em caráter preferencial às ligações carbono-carbono. Pode-se, dentre elas, ressaltar os aminoácidos, os ácidos nucléicos e os monossacarídeos, os quais são caracterizados como subunidades, ou blocos de montagem que, em reações quase sempre em meio aquoso, são unidas via ligações carbono-heteroátomo, dando origem, respectivamente, às proteínas, ao DNA (ou RNA) e aos carboidratos.[1]
Foi baseado nesta abordagem reacional que em 2001, munido de resultados decorrentes do desenvolvimento de compostos os quais poderiam ser utilizados como “blocos de montagem” para a formação de moléculas mais complexas, Sharpless e colaboradores [1] cunharam um novo conceito ou proposição sintética denominado “click chemistry”, cujo moto principal foi ir de encontro ao desenvolvimento de novos compostos baseado em metodologias de síntese de alto preço, difícil execução e aplicação em larga escala.
Para que um processo ou reação seja denominado como “click chemistry”, entretanto, ele deve obedecer a um conjunto de critérios rigoroso, tais quais sejam a possibilidade de modulação da reação (isto é de controle da mesma), deve apresentar grande extensão, com rendimentos muito altos além de gerar somente subprodutos inofensivos os quais possam ser removidos por técnicas não-cromatográficas. A reação tem que ser estereoespecífica, deve requerer condições simples (idealmente, o processo deve ser insensível a oxigênio e água), com materiais iniciais e reagentes altamente disponíveis e com o uso de nenhum solvente ou de um solvente “benigno” ou, ao menos, um solvente que seja facilmente removido. Além destes critérios, o produto deve também ser facilmente isolado. [1]
A questão ambiental envolvida na produção de resíduos não invasivos e de fácil tratamento, e principalmente, o interesse econômico decorrente do baixo custo na produção do composto ou material desejado, fez com que esta abordagem, com o tempo, não se restringisse ao desenvolvimento de novos compostos orgânicos ou de novas metodologias de obtenção de compostos orgânicos já conhecidos: as reações “click” alcançaram, como era natural, a química inorgânica, a química de materiais e a nanotecnologia.[2]
Recentemente relatou-se a síntese de nanopartículas de ouro (AuNP) a partir da redução de citrato a quais foram submetidas a um processo de troca de recobrimento (baseado em citrato) por 11-azi-doundecano-1-thiol. [3] Esta troca teve por intuito não somente impedir a formação de agregados entre as AuNPs em solventes orgânicos, necessários em um grande número de reações, mas também de aproveitar a alta área superficial das AuNPs como suporte para reações click entre a azida presente no recobrimento e um substrato.
Del Castillo e colaboradores [4], por sua vez, relataram a primeira ciclo-adição entre uma azida metálica (Ph3PAuN3) e um acetilídeo metálico (Ph3PAuC≡CPh) (Figura 1), a qual, de certa forma, pode ser considerada como a “versão inorgânica” de reação 1,3-dipolar de Huisgen*. O estabelecimento desta nova possibilidade de síntese dá azo a especulações e estudos acerca de reações similares contendo metais que não o Au(I) assim como no que se refere à robustez do método em relação às condições de reação.
Foi baseado nesta abordagem reacional que em 2001, munido de resultados decorrentes do desenvolvimento de compostos os quais poderiam ser utilizados como “blocos de montagem” para a formação de moléculas mais complexas, Sharpless e colaboradores [1] cunharam um novo conceito ou proposição sintética denominado “click chemistry”, cujo moto principal foi ir de encontro ao desenvolvimento de novos compostos baseado em metodologias de síntese de alto preço, difícil execução e aplicação em larga escala.
Para que um processo ou reação seja denominado como “click chemistry”, entretanto, ele deve obedecer a um conjunto de critérios rigoroso, tais quais sejam a possibilidade de modulação da reação (isto é de controle da mesma), deve apresentar grande extensão, com rendimentos muito altos além de gerar somente subprodutos inofensivos os quais possam ser removidos por técnicas não-cromatográficas. A reação tem que ser estereoespecífica, deve requerer condições simples (idealmente, o processo deve ser insensível a oxigênio e água), com materiais iniciais e reagentes altamente disponíveis e com o uso de nenhum solvente ou de um solvente “benigno” ou, ao menos, um solvente que seja facilmente removido. Além destes critérios, o produto deve também ser facilmente isolado. [1]
A questão ambiental envolvida na produção de resíduos não invasivos e de fácil tratamento, e principalmente, o interesse econômico decorrente do baixo custo na produção do composto ou material desejado, fez com que esta abordagem, com o tempo, não se restringisse ao desenvolvimento de novos compostos orgânicos ou de novas metodologias de obtenção de compostos orgânicos já conhecidos: as reações “click” alcançaram, como era natural, a química inorgânica, a química de materiais e a nanotecnologia.[2]
Recentemente relatou-se a síntese de nanopartículas de ouro (AuNP) a partir da redução de citrato a quais foram submetidas a um processo de troca de recobrimento (baseado em citrato) por 11-azi-doundecano-1-thiol. [3] Esta troca teve por intuito não somente impedir a formação de agregados entre as AuNPs em solventes orgânicos, necessários em um grande número de reações, mas também de aproveitar a alta área superficial das AuNPs como suporte para reações click entre a azida presente no recobrimento e um substrato.
Del Castillo e colaboradores [4], por sua vez, relataram a primeira ciclo-adição entre uma azida metálica (Ph3PAuN3) e um acetilídeo metálico (Ph3PAuC≡CPh) (Figura 1), a qual, de certa forma, pode ser considerada como a “versão inorgânica” de reação 1,3-dipolar de Huisgen*. O estabelecimento desta nova possibilidade de síntese dá azo a especulações e estudos acerca de reações similares contendo metais que não o Au(I) assim como no que se refere à robustez do método em relação às condições de reação.
Já Heinz e col. 2010 [5], intentando a produção de blocos de montagem para a formação de materiais híbridos, apresentaram a preparação de clusters de metal oxo de titânio e zircônio com ligantes carboxilatos ω-alcino-substituídos, Ti6O4(OPr)8(OOC(CH2)2C≡CH)8 e [Zr6O4-(OH)4(OOC(CH2)3C≡ CH)12]2 , os quais podem ser utilizados para “click”† reações entre clusters e polímeros, fornecendo novas propriedades a estes últimos.
Nanosistemas constituídos de micelas poliméricas, nanopartículas poliméricas, lipossomas, capsulas poliméricas, nanopartículas metálicas e de sílica, quantum dots‡, nanotubos de carbono, fulerenos e bionanopartículas têm sido extensivamente estudados como sistemas de entrega de drogas§ ou como materiais de contraste de imagem e diagnóstico**, dependendo das características intrínsecas ou adquiridas de cada material. Neste contexto, numerosos exemplos de reações “click” têm sido reportados seja preparação como também funcionalização destes materiais, utilizando, dentre os processos “click”, reações como a ciclo-adição 1,3-dipolar de Huisgen catalizada por Cu(I), o acomplamento tiol-eno, a adição de Michael e a reação de Diels-Alder.[6 - 8]
Outra aplicação para as reações “click” é a produção de “metal-organic frameworks” (MOF), os quais são caracterizados como compostos constituídos de ligantes orgânicos rígidos ligados a íons metálicos, formando uma estrutura porosa de alta potencialidade catalítica, de estocagem gasosa dentre outras aplicações. Goto e colaboradores [9] relatam a síntese de um MOF a partir da reação catalisada por Cu(I) entre Zn(II) e um ligante modificado com azida (Figura 2), na presença diferentes alcinos. Esta aplicabilidade das reações click não é só interessante devido às possíveis propriedades que um MOF pode apresentar mas, especialmente, devido às condições geralmente drásticas (alta temperatura e pressão) necessárias a produção de um MOF, o qual não é necessária a partir desta abordagem.
Nanosistemas constituídos de micelas poliméricas, nanopartículas poliméricas, lipossomas, capsulas poliméricas, nanopartículas metálicas e de sílica, quantum dots‡, nanotubos de carbono, fulerenos e bionanopartículas têm sido extensivamente estudados como sistemas de entrega de drogas§ ou como materiais de contraste de imagem e diagnóstico**, dependendo das características intrínsecas ou adquiridas de cada material. Neste contexto, numerosos exemplos de reações “click” têm sido reportados seja preparação como também funcionalização destes materiais, utilizando, dentre os processos “click”, reações como a ciclo-adição 1,3-dipolar de Huisgen catalizada por Cu(I), o acomplamento tiol-eno, a adição de Michael e a reação de Diels-Alder.[6 - 8]
Outra aplicação para as reações “click” é a produção de “metal-organic frameworks” (MOF), os quais são caracterizados como compostos constituídos de ligantes orgânicos rígidos ligados a íons metálicos, formando uma estrutura porosa de alta potencialidade catalítica, de estocagem gasosa dentre outras aplicações. Goto e colaboradores [9] relatam a síntese de um MOF a partir da reação catalisada por Cu(I) entre Zn(II) e um ligante modificado com azida (Figura 2), na presença diferentes alcinos. Esta aplicabilidade das reações click não é só interessante devido às possíveis propriedades que um MOF pode apresentar mas, especialmente, devido às condições geralmente drásticas (alta temperatura e pressão) necessárias a produção de um MOF, o qual não é necessária a partir desta abordagem.
Em resumo, pode-se concluir que a química click é uma abordagem que se apresenta em ampla expansão. Entretanto, vale ressaltar que ainda é necessário o desenvolvimento de blocos de montagem e metodologias reacionais que supram todas as necessidades no concernente às propriedades desejadas aos materiais (maior durabilidade, propriedades mecânicas e eletrônicas diferenciadas, especificidade reacional frente a um substrato, etc.). Neste ínterim, não se deve desconsiderar o desenvolvimento de química que se pode chamar “não-click” desde que, apesar de poder carregar problemas em relação à complexidade ou custo de processo, ela pode se apresentar como uma solução momentânea ou mesmo a melhor solução para certos “problemas químicos” (ou necessidade de propriedades químicas específicas) atuais.
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* A ciclo-adição 1,3-dipolar de Huisgen se baseia na reação entre uma azida (N=N=N-R) e um alcino (HC≡C-R’), catalizada por Cu(I).
† O termo click assume o significado de “reagir rápida e facilmente”, seguindo os critérios estabelecidos por Kolb e colaboradores.
‡ Quantum dots, ou “pontos quânticos”. Neste texto preferiu-se manter o termo original do inglês por acreditar-se melhor caracterizar as características eletrônicas unidimensionais do material.
§ Micelas poliméricas, nanopartículas poliméricas, lipossomas, capsulas poliméricas, nanopartículas metálicas e de sílica, nanotubos de carbono, fulerenos e bionanopartículas.
** Nanopartículas metálicas magnéticas e quantum dots.
‡ Quantum dots, ou “pontos quânticos”. Neste texto preferiu-se manter o termo original do inglês por acreditar-se melhor caracterizar as características eletrônicas unidimensionais do material.
§ Micelas poliméricas, nanopartículas poliméricas, lipossomas, capsulas poliméricas, nanopartículas metálicas e de sílica, nanotubos de carbono, fulerenos e bionanopartículas.
** Nanopartículas metálicas magnéticas e quantum dots.
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2. Referências Bibliográficas
[1] H. C. Kolb, M. G. Finn, K. B. Sharpless. Angew. Chem. Int. Ed. 40, 2004 (2001).
[2] W. H. Binder, R. Sachsenhofer. Macromol. Rapid Commun. 28, 15 (2007).
[3] D. Baranov, E. N. Kadnikova. J. Mater. Chem. 21, 6152 (2011).
[4] T. J. Del Castillo, S. Sarkar, K. A. Abboud, A. S. Veige. Dalton Trans. 40, 8140 (2011).
[5] P. Heinz, M. Puchberger, M. Bendova, S. O. Baumann, U. Schubert. Dalton Trans. 39, 7640 (2010).
[6] E. Lallana, A. Sousa-Herves, F. Fernandez-Trillo, R. Riguera, E. Fernandez-Megia. Pharm. Res., DOI 10.1007/s11095-011-0568-5 (2011).
[7] X. Jiang, J. Liu, L. Xu, R. Zhuo. Macromol. Chem. Phys. 212, 64 (2011).
[8] S. Rana, H. J. Yoo, J. W. Cho, B. C. Chun, J. S. Park. J. Appl. Pol. Sci. 119, 31 (2011).
[9] Y. Goto, H. Sato, S. Shinkai, K. Sada. J. Am. Chem. Soc. 130, 14354 (2008).
