NUS-chemici hebben een nieuwe manier ontwikkeld om toegang te krijgen tot gewaardeerde tri- en tetragesubstitueerde alkenen via een nikkel-gekatalyseerd tandemproces met een Heck-reactie gevolgd door migratie van koolstof-koolstof dubbele binding (C=C).

De ontwikkeling van betrouwbare methoden die stereochemisch gedefinieerde acyclische tri- en tetragesubstitueerde alkenen mogelijk maken, is een al lang bestaand doel in de organische synthese. Deze sterk gesubstitueerde C=C-bindingen bevinden zich gewoonlijk in talloze interessante moleculen, waaronder organische materialen en biologisch actieve entiteiten, en zijn belangrijke tussenproducten voor verdere derivatisering tot een breder spectrum van hoogwaardige producten. Bestaande reacties die carbonylverbindingen of onverzadigde koolstof-koolstofbindingen omzetten in tri- en tetragesubstitueerde olefinen, omvatten vaak lange synthetische routes, vertonen beperkte functionele groepscompatibiliteit, last hebben van onvoldoende regio- of stereoselectiviteitscontrole, en/of niet voldoende algemeen zijn. Een complicatie komt voort uit het kleine energieverschil tussen de cis en trans isomeren van deze sterk gesubstitueerde alkenen, wat de moeilijkheid vergroot om deze verbindingen in hoge stereoselectiviteit te genereren.

Een onderzoeksteam onder leiding van Prof Koh Ming Joo, van het departement scheikunde, Nationale Universiteit van Singapore in samenwerking met Prof Osvaldo Gutierrez, van de Universiteit van Maryland, heeft een tandemstrategie bedacht die regiogecontroleerde Heck-reactie en stereogecontroleerde C =C-bindingsmigratie in één stap combineert (zie afbeelding). Mechanistische en computationele studies toonden aan dat de reactie verloopt via een niet-radicale route, en dat zowel de aanzienlijke alkoxidebase en N -heterocyclische carbeen (NHC) ligand zijn cruciaal voor het katalytische proces.

Prof Koh zei, "Ons eerste uitstapje naar dit onderzoeksgebied was om hypothetisch te vragen hoe we monogesubstitueerde α-olefinen kunnen transformeren, een zeer overvloedige klasse van chemische grondstoffen, tot de meer waardevolle maar moeilijk te synthetiseren trigesubstitueerde en tetragesubstitueerde analogen, in één proces. Zoals het blijkt, de oplossing hiervoor was om een ​​tandemreactie te ontwerpen die eerst reageert met het monogesubstitueerde substraat, isomeriseert het vervolgens tot het gewenste product. Een goed georkestreerde beheersing van regio- en stereoselectiviteit stond voorop, wat ons ertoe bracht de unieke effectiviteit van de NHC-geligeerde nikkelkatalysatoren te ontdekken."

"We verwachten dat onze nieuwe methodologie de manier zal verbeteren waarop veel bioactieve moleculen worden gesynthetiseerd, en om als blauwdruk te dienen voor het ontwerp van katalytische tandemtransformaties om belangrijke bouwstenen te construeren uit niet-edele materialen, " voegde prof Koh toe.

Het onderzoeksteam is van plan om de inzichten die uit dit werk zijn verkregen te benutten om nieuwe tandemtransformaties te ontwikkelen om fijnchemische synthese te vergemakkelijken.