Chemici van de National University of Singapore hebben een foto-geïnduceerde methode ontwikkeld voor de functionalisering van koolstof-waterstof (C-H) bindingen in organische moleculen in een laat stadium.

De vervanging van H in C-H-bindingen door andere atomen of substituenten is een van de meest begeerde manieren om nieuwe en bruikbare moleculen te maken. Hoewel de C-H-binding in bijna alle organische moleculen kan worden gevonden, het is meestal inactief en daarom moeilijk te functionaliseren. Directe transformatie van CH-bindingen naar veelzijdige alkeen-functionele groepen vertegenwoordigt een economische benadering voor olefinesynthese en moleculaire bewerking. Bij de ontdekking en ontwikkeling van geneesmiddelen, CH-functionalisatie in een laat stadium biedt een efficiënte manier om de bereiding van structurele analogen van doelen met verbeterde structuur-activiteitsrelaties of andere gewenste fysisch-chemische eigenschappen te vergemakkelijken zonder de novo benaderingen.

Een onderzoeksteam onder leiding van Prof Wu Jie van de afdeling Chemie, NUS, heeft een fotokatalytisch proces ontwikkeld voor directe alkenylering van C-H-bindingen in alkanen en aldehyden. In de afgelopen decennia, door overgangsmetaal gekatalyseerde alkenyleringen van arenen en heteroarenen zijn uitgebreid bestudeerd. Echter, analoge transformaties van alkanen en aldehyden blijven een uitdaging. De bestaande methoden lijden over het algemeen onder het gebruik van edelmetaal, stochiometrische hoeveelheden oxidanten en grote overmaat C-H-substraten. Om deze problemen op te lossen, de onderzoeksgroep gebruikte een combinatie van twee soorten katalytische methoden, de directe waterstofatoomoverdrachtskatalyse (met een decatungramaatanion, [W ₁₀ O ₃₂ ] ⁴⁻ ) en de katalyse van cobaloxim, voor de directe activering en alkenylering van alkanen en aldehyden. Wanneer deze twee katalysatoren synergetisch werken in de aanwezigheid van licht, een breed scala aan goedkope grondstoffen kan gemakkelijk worden omgezet in waardevolle olefinen. Andere voordelen van deze strategie zijn onder meer een breed substraatbereik, hoge CH-plaatsselectiviteit, uitstekende transselectiviteit van de alkeenproducten, en het gebruik van het C-H-substraat als het beperkende reagens. Bovendien, deze strategie kan worden toegepast bij de selectieve functionalisering in een laat stadium van natuurlijke producten en belangrijke farmaceutische moleculen.

Prof Wu zei, "De plaatsselectieve functionalisering in een laat stadium van C-H-bindingen in complexe moleculen die uit onze studies zijn ontwikkeld, is een zeer bruikbare klasse van reacties. Deze methode zou mogelijk een brede toepassing kunnen vinden in de synthese van olefinen, structurele modificatie van geneesmiddelen en synthese van natuurlijke producten."

Het onderzoeksteam is van plan om meer geavanceerde katalytische processen te ontwikkelen voor de late-fase functionalisering van koolstof-waterstofbindingen.