De Suzuki-Miyaura-reactie is een bekend chemisch proces waarbij een reactie tussen organische boorzuren en arylhalogeniden leidt tot de synthese van "biaryl"-verbindingen, die belangrijke componenten zijn van verschillende medicijnen en chemische producten. Dit wordt ook wel kruiskoppeling genoemd, als twee arylmoleculen worden gecombineerd, of kruislings gekoppeld, in dit proces. Omdat de organische aromatische moleculen - die door deze reactie worden gevormd - verschillende toepassingen hebben, zoals in oplosmiddelen en medicijnen, het vinden van een manier om de bestaande kruiskoppelingsreacties te optimaliseren is cruciaal. Dit is waarom, in een nieuwe studie gepubliceerd in ACS-katalysatoren , een team van wetenschappers uit Japan, waaronder Junior Assoc Prof Yuichiro Mutoh en Prof Shinichi Saito van de Tokyo University of Science, wilde nagaan of deze reactie efficiënter kan.

"Beschermd" organisch boorzuur, dat is een organisch boorzuur met een 'maskerende groep, ' wordt vaak gebruikt als voorloper voor boorzuur in de Suzuki-Miyaura-reactie. Omdat de reactiviteit van het beschermde boorzuur laag is, het neemt niet deel aan deze reactie. Dus, de maskeergroep moet worden verwijderd om de reactie te laten verlopen, wat weer een stap aan het proces toevoegt. Dit deed deze wetenschappers zich afvragen:wat als de gemaskeerde moleculen direct in de reactie werden gebruikt? Het zou ons naar een veel snellere, goedkopere techniek!

Prof Saito legt uit, "Omdat de verwijdering van de maskerende groep nodig is om de latente boorzuren te leveren die betrokken zijn bij de daaropvolgende Suzuki-Miyaura-reacties, het directe gebruik van het beschermde boorzuur in een Suzuki-Miyaura-reactie zou zeer wenselijk zijn in termen van aantal stappen en atoombesparing. Dit zou helpen de synthese van complexe moleculen te stroomlijnen." De enige uitdaging was dat tot nu toe, er was geen bekende manier om beschermde boorzuren direct te gebruiken zonder eerst de maskeergroep te verwijderen, en daarom, de wetenschappers gingen op zoek naar manieren om dit te doen.

De wetenschappers wisten dat het proces een palladiumkatalysator vereiste (een molecuul of verbinding die een reactie kan versnellen), een basis, en twee startende arylmoleculen. Ze gingen verder om te controleren of de reactie plaatsvindt met een beschermd molecuul. Beginnen met, ze onderzochten de impact van verschillende basen op de reactie. Ze zagen dat wanneer een bepaalde kaliumbase, genaamd KOτ-Bu, was gebruikt, het resulteerde in een hoge opbrengst aan producten, en dit effect wordt niet gezien bij andere basen. Vervolgens, ze testten verschillende op palladium gebaseerde katalysatoren en zagen dat alle katalysatoren een vergelijkbare opbrengst opleverden, wat aangeeft dat gewone op palladium gebaseerde katalysatorsystemen kunnen worden gebruikt voor de kruiskoppeling. Dit bracht hen tot de conclusie dat de KOτ-Bu-base een cruciale rol speelde als men beschermd boorzuur direct zou gebruiken.

Na meer dan een dozijn succesvolle Suzuki-Miyaura-reacties met een hoge opbrengst voor verschillende biarylverbindingen, het team voerde 'controle'-experimenten uit om te controleren op andere variabelen en om inzicht te krijgen in de onderliggende mechanismen van de KOτ-Bu-basis. specifiek, ze controleerden of de chemische soorten in het reactiemengsel aanwezig waren voordat de reactie was voltooid, die een tussenverbinding blootlegde waarbij de KOτ-Bu-base en het boorzuurreagens betrokken waren. Met behulp van technieken zoals NMR-spectroscopie en monokristallijne röntgendiffractieanalyse, de wetenschappers bevestigden dat de sleutel tot het succes van deze kruiskoppelingsreacties het gebruik van KOτ-Bu als basis is, omdat het de vorming van een actief boraat mogelijk maakt, essentieel voor de reactie.

De methodologie die in deze studie is ontdekt, geeft inzicht in de Suzuki-Miyaura-reactie en stelt een nieuwe manier voor waarop de vereiste stappen om beschermde boorzuren te gebruiken, kunnen worden geminimaliseerd. Het hele proces om biarylmoleculen te verkrijgen werd uitgevoerd in één enkele pot, wat voordelig is in termen van ruimte en kosten. Prof Saito concludeert, "We hebben een manier ontwikkeld om de reactie stap- en pot-economisch te laten zijn, kenmerken die de afgelopen jaren veel aandacht hebben gekregen. Dus, deze studie opent nieuwe mogelijkheden voor het gebruik van beschermde boorzuren in verschillende koppelingsreacties."

Dankzij zijn nieuwe bevindingen, deze studie werd zelfs geselecteerd om op de omslag van het januari-nummer van 2020 te staan ACS Katalyse . Deze bevindingen zullen hopelijk helpen bij het vereenvoudigen van de synthese van belangrijke complexe moleculen, inclusief farmaceutische medicijnen, zodat meer mensen kunnen profiteren van de vooruitgang in de chemische wetenschappen.