De koolstof-waterstofbindingen in alkanen, vooral die aan de uiteinden van de moleculen, waarbij aan elke koolstof drie waterstofatomen zijn gebonden - zijn erg moeilijk te "kraken" als je de waterstofatomen wilt vervangen door andere atomen. Methaan (CH ₄ ) en ethaan (CH ₃ CH ₃ ) zijn verzonnen, uitsluitend, van zulke strak gebonden waterstofatomen. In het journaal Angewandte Chemie , een team van onderzoekers heeft nu beschreven hoe ze deze bindingen verbreken terwijl ze nieuwe koolstof-stikstofbindingen vormen (amidering).

Als het mogelijk zou zijn om de C–H-bindingen in koolwaterstoffen gemakkelijk te verbreken, zou het mogelijk zijn om complexe organische moleculen te synthetiseren, zoals geneesmiddelen, veel handiger en directer uit aardolie. Deze strategie zou ook meer mogelijkheden kunnen bieden voor het recyclen van plastic afval. De vorming van koolstof-stikstofbindingen is van bijzonder belang omdat deze een belangrijke rol spelen in natuurlijke producten. Bijvoorbeeld, amidebindingen verbinden individuele aminozuren tot eiwitten.

Hoewel er enig succes is geweest bij de functionalisering van zware koolwaterstoffen, zelfs op de eindposities, de bijzonder sterke C-H bindingen van lichte alkanen, vooral methaan, kan nauwelijks worden gesplitst. Het gebruik van deze primaire componenten van aardgas als synthetische bouwstenen is bijzonder wenselijk, omdat het het gebruik van dit vaak verspilde bijproduct van oliewinning mogelijk zou maken.

Een team onder leiding van Ana Caballero en Pedro J. Pérez (Universidad de Huelva, Spanje), evenals John F. Hartwig (Universiteit van Californië, Berkeley, U.S.) heeft nu met succes amiden (stikstofhoudende organische verbindingen) gekoppeld aan lichte alkanen met verlies van een waterstofatoom. De producten van deze dehydrogenatieve amides staan ​​bekend als N-alkylamiden.

Het uitgangspunt voor deze benadering was de amidering van C-H-bindingen in zware alkanen met een op koper gebaseerde katalysator en di-tert-butylperoxide als oxidatiemiddel, zoals enkele jaren geleden ontwikkeld door de Hartwig-groep. Variatie van de katalysator leidde tot succes. Als het koper fenantroline-achtige liganden heeft (een aromatische, stikstofhoudend systeem van drie zesledige ringen), het is mogelijk om hoge opbrengsten te produceren bij de reactie van ethaan met benzamide - evenals een aantal andere amiden - met benzeen als oplosmiddel. De reactie werkte ook toen superkritisch kooldioxide - een milieuvriendelijkere optie - als oplosmiddel werd gebruikt. De reactie met ethaan is een ongebruikelijke vorming van C-N-bindingen met een niet-geactiveerde primaire C-H-binding.

Propaan, n-butaan, en isobutaan gaven vergelijkbare resultaten. In de lichte alkanen, reactiviteit correleert significant sterker met de dissociatie-energie van de C-H-bindingen dan in hogere alkanen.

En methaan? Zelfs de moeilijkste kandidaat - amidering van methaan is nog nooit eerder waargenomen - zou aan het amide kunnen worden gekoppeld. Isotopische experimenten werden gebruikt om te bewijzen dat methaan reageert om N-methylbenzamide te vormen.