science >> Wetenschap >  >> Chemie

Nieuwe procedure zal de behoefte aan zeldzame metalen in chemische synthese verminderen

Tertiaire alkylatieve kruiskoppeling van alkyl- of arylelektrofielen. Krediet:Kanazawa University

Geneesmiddelen, kunststoffen, en vele andere chemische producten hebben het menselijk leven getransformeerd. Om deze producten te bereiden, scheikundigen gebruiken vaak een katalysator - vaak gebaseerd op zeldzame metalen - op verschillende punten in hun synthese. Hoewel zeldzame-metaalkatalysatoren ongelooflijk nuttig zijn, door hun beperkte aanbod is het gebruik ervan op lange termijn onhoudbaar. Synthetische chemici hebben een alternatief nodig.

In een recent gepubliceerd onderzoek in Angewandte Chemie , onderzoekers van Kanazawa University rapporteren zo'n alternatief. Hun onderzoek naar een brede klasse van chemische reacties die veel voorkomen in farmaceutische en andere syntheses, zal de weg vrijmaken voor een duurzamere chemische industrie.

De Nobelprijs voor de Scheikunde 2010 ging naar onderzoekers die katalysatoren op basis van palladiummetaal gebruikten om een ​​veelvoorkomend type chemische reactie uit te voeren, bekend als kruiskoppeling. Dergelijke katalysatoren werken heel goed voor het synthetiseren van wat bekend staat als overbelaste quaternaire koolstofcentra, die veel voorkomen in moleculen die in de landbouw en in de geneeskunde worden gebruikt. Echter, voor duurzaamheid op lange termijn, onderzoekers hebben een alternatief nodig voor katalysatoren van zeldzame metalen.

"We gebruikten benzylische organoboraten om tertiaire alkylatieve kruiskoppeling van aryl- of alkylelektrofielen uit te voeren, " zegt Hirohisa Ohmiya, corresponderende auteur van de studie. "Onze procedure maakt geen gebruik van zeldzame elementen en is een eenvoudige route naar quaternaire koolstofcentra."

De eerste onderzoeken van de onderzoekers bestonden uit een tertiair benzylboronaat dat eerst wordt geactiveerd door een kaliumalkoxidebase om een ​​benzylanion te worden. Dit anion ondergaat vervolgens een kruiskoppelingsreactie met een secundair alkylchloride-elektrofiel.

"De reactie heeft een brede reikwijdte, " legt de corresponderende auteur Hirohisa Ohmiya uit. "Bijvoorbeeld, het vervangen van de fenylgroep van het boronaat door verschillende aromatische ringen was succesvol, en de elektrofiel kan een breed scala aan ringen en lineaire kettingen zijn."

Latere studies vervingen het secundaire alkylchloride door verschillende arylnitrilen, arylethers, en arylfluoriden. Veel van deze reacties waren succesvol, zoals die met 4-cyanopyridine en 4-fluorfenylbenzeen.

Een reactie in Natuur op 19 november geeft aan dat de COVID-19-pandemie de toeleveringsketens voor verschillende zeldzame metalen die relevant zijn voor de chemische industrie heeft verstoord. Honderden mijnen en fabrieken zijn gesloten, en veel landsgrenzen zijn strenger dan voor de pandemie. Een langetermijnoplossing voor verstoringen van de toeleveringsketen is het ontwikkelen van synthetische protocollen die geen gebruik maken van zeldzame metalen. Het hier beschreven onderzoek is een belangrijk onderdeel van die inspanning en zal helpen om chemische syntheses duurzamer te maken voor toekomstige generaties.