Ny katalysator styrer aktiveringen af ​​en carbon-hydrogenbinding

Kemikere har udviklet en anden katalysator, der selektivt kan aktivere en carbon-hydrogenbinding, del af en igangværende strategi for at revolutionere området for organisk syntese og åbne op for nyt kemisk rum.

Journalen Natur udgiver værket af kemikere ved Emory University, efter deres udvikling af en lignende katalysator sidste år. Begge katalysatorer er i stand til selektivt at funktionalisere de ureaktive carbon-hydrogen (C-H) bindinger af en alkan uden at bruge en styregruppe, samtidig med at den næsten fuldstændig kontrollerer sitets selektivitet og den tredimensionelle form af de producerede molekyler.

"Alkaner har mange C-H-bindinger, og vi viste sidste år, at vi kan bringe en af ​​vores katalysatorer ind og plukke en bestemt af disse bindinger ud og gøre den reaktiv, " siger Huw Davies, en Emory -professor i organisk kemi, hvis laboratorium ledede forskningen. "Nu rapporterer vi en anden katalysator, der kan gøre det samme med en anden CH-binding. Vi er ved at opbygge værktøjskassen, og vi har flere katalysatorer i pipelinen, som vil fortsætte med at udvide værktøjskassen til denne nye måde at lave kemi på."

Selektiv CH-funktionalisering har et særligt løfte for medicinalindustrien, tilføjer Davies. "Det er en så ny strategi for fremstilling af kemiske forbindelser, at det vil åbne op for nyt kemisk rum og mulighed for at lave nye klasser af lægemidler, som aldrig er blevet fremstillet før."

Alkaner er de enkleste af molekyler, kun består af brint- og carbonatomer. De er billige og rigelige. Indtil den nylige udvikling af katalysatorerne af Davies lab, imidlertid, alkaner blev betragtet som ikke-funktionelle, eller ikke-reaktiv, undtagen i ukontrollerbare situationer, f.eks. når de brændte.

Den første forfatter af Natur papir er Emory kemi kandidatstuderende Kuangbiao Liao.

Davies er direktør for National Science Foundation's Center for Selective C-H Functionalization (CCHF), som er baseret på Emory og omfatter 15 store forskningsuniversiteter fra hele landet, såvel som industrielle partnere. NSF tildelte for nylig CCHF fornyet finansiering på $20 millioner over de næste fem år.

CCHF leder et paradigmeskifte i organisk syntese, som traditionelt har fokuseret på at modificere reaktive, eller funktionel, grupper i et molekyle. CH-funktionalisering bryder denne regel for, hvordan man fremstiller forbindelser:Den omgår de reaktive grupper og laver syntese ved, hvad der normalt ville blive betragtet som inerte carbon-hydrogen-bindinger, rigeligt med organiske forbindelser.

"For tyve år siden, mange kemikere kaldte ideen om selektiv funktionalisering af CH-bindinger for oprørende og umulig, " siger Davies. "Nu, med alle resultaterne fra CCHF og andre forskningsgrupper i hele verden siger de, 'Det er fantastisk!' Vi begynder at se nogle reelle gennembrud på dette felt."

Mange andre tilgange under udvikling til CH-funktionalisering bruger en styregruppe - en kemisk enhed, der kombineres til en katalysator og derefter dirigerer katalysatoren til en bestemt CH-binding.

Davies-laboratoriet udvikler en række dirhodium-katalysatorer, der omgår behovet for en styregruppe til at styre CH-funktionaliseringen. Dirhodium-katalysatorerne er indkapslet i et tredimensionelt stillads.

"Dirhodium er motoren, der får kemien til at fungere, "Siger Davies." Formen på stilladset omkring dirhodium er det, der styrer, hvilken C-H-binding katalysatoren virker på. "