Een metaalkatalysator die duidelijke op koolstof gebaseerde moleculaire skeletten geeft bij ligandverandering, kan kosteneffectieve, groene synthetische route

Een nikkelkatalysator is ingesteld om de toolkit van de chemicus uit te breiden, leidend tot nieuwe belangrijke tussenproducten in de synthese van natuurlijke producten en farmaceutische producten.

Onderzoekers van KAUST hebben een synthetische benadering ontwikkeld die een koolstof-koolstofbinding vormt tussen een typisch inerte voorloper en een boorhoudende koolwaterstof, of alkylboraan, met behulp van een nikkelkatalysator.

Afhankelijk van het type ligand dat de katalysator siert, deze kruiskoppelingsreactie produceerde alkyl-gefunctionaliseerde aromatische verbindingen. Deze berenketens bestaande uit koolstof- en waterstofatomen, of ketonen, waarin een dubbelgebonden koolstof-zuurstofeenheid, bekend als carbonylgroep, bevindt zich tussen aromatische en alkyldelen.

Over het algemeen zijn kruiskoppelingsreacties afhankelijk van palladiumkatalysatoren om op koolstof gebaseerde moleculaire skeletten te genereren. De meeste methoden hebben aromatische verbindingen die een halogenide bevatten, zoals jodide of bromide, die gepaard gaan met aromatische boranen om asymmetrische moleculen te bouwen. Echter, deze op halogenide gebaseerde methoden produceren bijtend afval. Een groen alternatief voor halogeniden zijn natuurlijk overvloedige op carbonyl gebaseerde verbindingen die esters worden genoemd, maar deze zijn inactief in door palladium gekatalyseerde kruiskoppelingsreacties waarbij koolmonoxide wordt geëlimineerd.

Om dit probleem op te lossen, het team onder leiding van Magnus Rueping en Luigi Cavallo creëerde een nikkelkatalysator die de kruiskoppeling van aromatische esters en alkylboranen activeert. Bij deze reactie de ester levert het aromatische deel van het product met of zonder een carbonylgroep, terwijl het boraan de alkylvoorloper is.

De onderzoekers toonden aan dat de reactie een andere productfamilie opleverde als ze van het ene type fosforligand op het andere overschakelden. specifiek, in aanwezigheid van een monodentaat ligand, die door een enkele binding aan het nikkelcentrum is bevestigd, de reactie gaf ketonderivaten. In tegenstelling tot, liganden die twee bindingen met het metaal vormden, bevorderden de productie van alkylarenen. "Deze experimentele resultaten waren niet gemakkelijk uit te leggen, " zegt Rueping. "Daarom, we gebruikten computationele studies om ons te helpen het moleculaire mechanisme en de reactieroute te begrijpen."

Deze afstembare benadering bleek van toepassing te zijn op een breed scala aan boranen en esters, zoals benzeenachtige en heteroatoombevattende aromatische derivaten. Het genereerde essentiële tussenproducten in de synthese van natuurlijke producten, zoals potentiële antidepressiva van de volgende generatie, en een krachtige antagonist voor belangrijke celadhesie-eiwitten die bekend staan ​​als integrines.

"Deze resultaten waren opwindend omdat de meeste onderzoekers niet hadden verwacht dat deze ongebruikelijke site-selectieve reactie zou kunnen worden bereikt door simpelweg de liganden van het metaalcomplex te veranderen, ", zegt Rueping. Zijn team bestudeert momenteel andere metaalkatalysatoren om de synthese van natuurlijke producten en functionele moleculen te vereenvoudigen.