Katalysator fremstillet af jern kan drive en vigtig reaktion for fremstilling af organiske forbindelser

En simpel jernkatalysator kan erstatte dyrt ruthenium i en reaktion, der kan bruges til at generere forskellige biblioteker af komplekse organiske forbindelser, Det har tre forskere ved Keio University vist1. Dette fund lover at gøre det billigere at producere komplekse organiske molekyler såsom organiske elektroniske materialer og terapeutiske lægemidler.

Organiske molekyler består hovedsageligt af kulstof- og brintatomer plus et par andre 'heteroatomer', såsom nitrogen, ilt eller klor. Kemikere har traditionelt udnyttet disse heteroatomers reaktivitet til at bygge komplekse produkter ud fra simple startmolekyler. Denne tilgang, imidlertid, kan kræve lange sekvenser af reaktioner for at installere det korrekte sæt af heteroatomer til en bestemt omdannelse, gør syntese dyr og tidskrævende.

En mere effektiv måde at lave organiske molekyler på er direkte at manipulere et molekyles kulstof-brintbindinger. Kendt som kulstof-hydrogenbinding funktionalisering, denne reaktion involverer at bryde bindingen mellem kulstof og brint og derefter bytte brinten med et andet grundstof såsom kulstof, ilt eller nitrogen. Men fordi organiske molekyler typisk indeholder mange sådanne bindinger, det er vanskeligt selektivt at udløse en reaktion ved kun den ønskede carbon-hydrogen-binding.

En måde at opnå denne selektivitet på er at bruge en katalysator, men disse er ofte dyre ædelmetaller såsom rhodium, palladium eller ruthenium. Der er således et stærkt pres for at erstatte disse ædelmetalkatalysatorer med billigere katalysatorer fremstillet af billige, rigelige metaller såsom jern.

Nu, Fumitoshi Kakiuchi og kolleger Naoki Kimura og Takuya Kochi ved Keio University har vist, at en simpel jernforbindelse katalyserer kulstof-hydrogen-alkyleringen af ​​aromatiske ketoner med alkener. Jernforbindelsen gør dette ved at binde sig til ketongruppen i den aromatiske ring, som leder det indkommende alkenmolekyle til at binde sig til det tilstødende, 'ortho'-position af den aromatiske ring. Trioen viste, at en lang række alkener kan bruges til denne reaktion.

Tidligere forskning havde antydet, at jern kunne drive denne transformation, men jernet blev forbrugt i processen. "Disse præcedens støkiometriske reaktioner gav os hints til at udvikle jernkatalyseret orto-selektiv carbon-hydrogen-alkylering af aromatiske ketoner med alkener, " forklarer Kakiuchi.

Den næste grænse for kulstof-brint funktionaliseringsreaktioner er at udvikle 'regioselektive' katalysatorer, der selektivt retter sig mod en bestemt kulstof-hydrogen-binding uden at have behov for en styregruppe såsom en keton. "Regioselektiv kulstof-brint funktionalisering af aromatiske forbindelser uden brug af en styregruppe er stadig ret vanskelig, " Kakiuchi noter. "Vi har til hensigt at udvikle denne type regioselektiv kulstof-brint funktionalisering ved hjælp af additiver eller ligander."