Wetenschappers van de Hokkaido University hebben een snelle, efficiënt protocol voor kruiskoppelingsreacties, de pool van chemicaliën die kan worden gebruikt voor de synthese van nuttige organische verbindingen enorm uitbreiden.

Chemische reacties zijn een essentieel proces bij de synthese van producten voor uiteenlopende doeleinden. Voor het grootste gedeelte, deze reacties worden uitgevoerd in de vloeibare fase, door de reactanten op te lossen in een oplosmiddel. Echter, er zijn een aanzienlijk aantal chemicaliën die gedeeltelijk of volledig onoplosbaar zijn, en zijn dus niet gebruikt voor synthese. De uitgangsmaterialen die nodig zijn voor de synthese van veel geavanceerde organische materialen, zoals organische halfgeleiders en luminescente materialen, zijn vaak slecht oplosbaar, leidt tot problemen in oplossingsgerichte synthese. Daarom, de ontwikkeling van een oplosmiddelonafhankelijke synthetische benadering om deze al lang bestaande oplosbaarheidsproblemen in organische synthese te overwinnen is zeer gewenst om nieuwe waardevolle organische moleculen te synthetiseren.

In recente jaren, synthetische technieken met behulp van kogelmalen zijn gebruikt om oplosmiddelvrije reacties in de vaste fase uit te voeren. Er is voorgesteld dat het gebruik van kogelmalen mogelijk de bovengenoemde oplosbaarheidsproblemen in de synthetische chemie zou overwinnen, maar een systematische studie voor een dergelijk doel is nooit uitgevoerd.

Een team van vier wetenschappers van het Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) van de Hokkaido University, onder leiding van universitair hoofddocent Koji Kubota en professor Hajime Ito, hebben een snelle, efficiënt, oplosmiddelvrij protocol voor Suzuki-Miyaura kruiskoppelingsreactie van onoplosbare arylhalogeniden. Het protocol is gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Arylhalogeniden zijn populaire uitgangsmaterialen voor de synthese van organische functionele moleculen, voornamelijk door de door palladium gekatalyseerde Suzuki-Miyaura kruiskoppelingsreactie - waarvoor de professor emeritus Akira Suzuki van Hokkaido University de 2010 Nobelprijs voor scheikunde deelde. Hoewel de kruiskoppelingsreacties zijn gebruikt voor de synthese van een breed scala aan waardevolle moleculen, onoplosbare arylhalogeniden zijn geen geschikte substraten omdat Suzuki-Miyaura kruiskoppelingsreacties voornamelijk in oplossing zijn uitgevoerd.

Gezien deze beperking, de wetenschappers concentreerden zich op de ontwikkeling van een efficiënte Suzuki-Miyaura-kruiskoppeling in vaste toestand van een aantal extreem niet-reactieve onoplosbare arylhalogeniden. De belangrijkste uitrusting bestond uit een kogelmolen, voor het mengen van de reactanten; een heteluchtpistool, om de temperatuur waarbij de reacties plaatsvonden te verhogen; en het gebruik van een katalytisch systeem bestaande uit palladiumacetaat (de katalysator), SPhos (een krachtige ligand voor Suzuki-Miyaura kruiskoppelingsreacties) en 1, 5-cyclooctadieen (dispergeermiddel en stabilisator).

Het sluitstuk van deze studie was de toepassing van de oplosmiddelvrije vastestofreactie op meestal onoplosbare arylhalogeniden. Deze reactanten leverden geen producten op in conventionele op oplossingen gebaseerde reacties. De reacties in vaste toestand die het kogelmalen op hoge temperatuur gebruiken, echter, gaf de gewenste producten. belangrijk, het team ontdekte een nieuw sterk fotoluminescentiemateriaal bereid uit onoplosbaar pigment violet 23.

"De hoge-temperatuur-kogelfreestechniek en ons katalytische systeem zijn essentieel voor deze kruiskoppelingsreacties van onoplosbare arylhalogeniden, en het protocol dat we hebben ontwikkeld, breidt de diversiteit van organische moleculen uit die zijn afgeleid van onoplosbare uitgangsmaterialen, ", zegt Koji Kubota.