Fremstilling af syrechloridprækursorer ved hjælp af shuttle-katalyse

(Phys.org)—Syntesen af ​​carboxylsyrederivater fra umættede kulstofforbindelser er vigtig for fremstilling af kemikalier, der bruges i lægemidler, kosmetik, polymerer, og landbrugskemikalier. I industrien udføres denne reaktion ved hjælp af højtrykscarbonmonoxid sammen med den passende katalysator til jobbet. Selvom dette kan være muligt i visse faciliteter, det er ikke muligt at bruge en giftig gas i laboratoriemiljøet. Derudover fordi disse reaktioner ofte kræver en skræddersyet katalysator, processen er begrænset til kun de substrater, der arbejder med katalysatoren.

Forskere ved Max Planck Instituttet har udviklet en syntese, der er meget bredere i omfang og undgår brugen af ​​højtryks-CO og ætsende HCl-gas. Xianjie Fang, Bastien Cacherat, og Bill Morandi udviklede en ny one-pot syntese, der giver en række forskellige carboxylsyrer samt amider og thioestere. Deres syntese anvender en katalytisk shuttle, der donerer den CO og HCl, der er nødvendig for at producere et syrechloridmellemprodukt, der derefter omdannes til det ønskede produkt. Deres arbejde vises i Naturkemi .

Shuttle-katalyse eliminerer behovet for at bruge farlige reagenser og åbner døren for at bruge nukleofiler, der ikke var tilgængelige under andre reaktionsbetingelser (dvs. Reppe carbonylation) Ifølge Dr. Morandi, "Katalysatoren fungerer effektivt som en shuttle til transport af en kemisk gruppe mellem et molekyle (donor) og et andet molekyle (acceptor) på en reversibel måde."

I denne avis, forfatterne kombinerede en syrechloriddonor og et umættet substrat for at producere det ønskede syrechlorid, som derefter kan omdannes til en lang række nyttige funktionelle grupper. Deres shuttle var Pd/xantphos, et katalytisk system, der er blevet brugt i andre typer alkenreaktioner.

Nøglen til deres syntese var at finde et passende CO- og HCl-donormolekyle. Som en modelreaktion, Fang et al. brugt cyclododecyne, en indre alkyn, og prøvede forskellige alifatiske syrechlorider med lav molekylvægt som deres donormolekyler. De fastslog, at butyrylchlorid var deres bedste kandidat, fordi det er billigt, har en lav molekylvægt, og har god reaktivitet.

De undersøgte derefter omfanget af deres reaktionsmekanisme. Flere af de interne alkyner, som de undersøgte, krævede kun lidt mere end et ækvivalent butyrylchlorid og producerede det ønskede syrechloridprodukt i gode udbytter. Desuden, fordi reaktionen er følsom over for steriske effekter, produkterne viste et overskud af et regio-produkt og reagerede selektivt ved den distale position i tilfælde, hvor der var mere end én mulighed for reaktion.

Reaktionsbetingelserne fungerede også for terminale alkyner. Til denne reaktion, ca. fire ækvivalenter butyrylchlorid var påkrævet, og den forgrenede isomer blev isoleret fra reaktionen for at give det ønskede produkt i godt udbytte. Forfatterne bemærkede, at de var i stand til at isolere alkylacrylatprodukter, som er vigtige forbindelser for polymerkemi. De testede også deres reaktion med halogener, beskyttede alkoholer, estere, en keton, en nitril, og phthalimider, som alle blev tolereret godt i denne reaktion.

Fang et al. testede også, hvordan denne reaktion klarede sig med alkener. De producerede cykelsyrechlorider fra anstrengte alkener i gode udbytter. Terminale alkener gav det tilsvarende syrechlorid i passende udbytter.

Det næste trin i deres procedure var at lave en one-pot syntese ved at omdanne syrechloridet til den tilsvarende carboxylsyre, thioester, eller amid. De begyndte med at se på nukleofiler, der typisk er utilgængelige, når de er færdige med tidligere rapporterede reaktioner. Disse omfattede en bulkyltertiær alkohol og tocopherol. De testede også indol og en tertiær thiol. De var også i stand til at konjugere cinchonin og østron, to bioaktive molekyler.

Endelig, deres one-pot syntese blev testet for at se, om den kunne bruges til at lave andre carbonylforbindelser. Disse krævede anvendelse af forskellige indledende substrater og en anden katalysator. Disse omfattede Friedel-Crafts-reaktioner såvel som andre koblingsreaktioner til fremstilling af ketoner.

Med hensyn til de bredere implikationer af deres arbejde, Dr. Morandi sagde, at "dette arbejde viser, at shuttle-katalyse ikke kun er en værdifuld tilgang til at undgå brugen af ​​giftige gasser, men også et kraftfuldt værktøj til at opdage ny reaktivitet, som er udfordrende at opnå på anden måde"

© 2017 Phys.org