Mod at overvinde opløselighedsproblemer i organisk kemi

Forskere fra Hokkaido Universitet har udviklet en hurtig, effektiv protokol til krydskoblingsreaktioner, kraftigt udvide puljen af ​​kemikalier, der kan bruges til syntese af nyttige organiske forbindelser.

Kemiske reaktioner er en vital proces i syntesen af ​​produkter til en række forskellige formål. For det meste, disse reaktioner udføres i væskefasen, ved at opløse reaktanterne i et opløsningsmiddel. Imidlertid, der er et betydeligt antal kemikalier, der er delvist eller fuldstændigt uopløselige, og er således ikke blevet brugt til syntese. De udgangsmaterialer, der kræves til syntesen af ​​mange banebrydende organiske materialer - såsom organiske halvledere og luminescerende materialer - er ofte dårligt opløselige, fører til problemer i løsningsbaseret syntese. Derfor, udviklingen af ​​en opløsningsmiddel-uafhængig syntetisk tilgang til at overvinde disse langvarige opløselighedsproblemer i organisk syntese er yderst ønsket for at syntetisere nye værdifulde organiske molekyler.

I de seneste år, syntetiske teknikker ved brug af kugleformaling er blevet brugt til at udføre opløsningsmiddelfri reaktioner i den faste fase. Det er blevet foreslået, at brugen af ​​kuglefræsning potentielt ville overvinde de førnævnte opløselighedsproblemer i syntetisk kemi, men en systematisk undersøgelse til et sådant formål er aldrig blevet udført.

Et hold af fire forskere fra Hokkaido University's Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD), ledet af lektor Koji Kubota og professor Hajime Ito, har udviklet en hurtig, effektiv, opløsningsmiddelfri protokol for Suzuki−Miyaura krydskoblingsreaktion af uopløselige arylhalogenider. Protokollen blev offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

Arylhalogenider er populære udgangsmaterialer til syntese af organiske funktionelle molekyler, primært af den palladium-katalyserede Suzuki-Miyaura krydskoblingsreaktion - som Hokkaido Universitets professor emeritus Akira Suzuki delte 2010 Nobelprisen i kemi for. Selvom krydskoblingsreaktionerne er blevet anvendt til syntese af en lang række værdifulde molekyler, uopløselige arylhalogenider er ikke egnede substrater, fordi Suzuki-Miyaura krydskoblingsreaktioner primært er blevet udført i opløsning.

I betragtning af denne begrænsning, forskerne fokuserede på udviklingen af ​​en effektiv solid-state Suzuki-Miyaura krydskobling af en række ekstremt ureaktive uopløselige arylhalogenider. Nøgleudstyret bestod af en kuglemølle, til blanding af reaktanterne; en varmepistol, at øge temperaturen, ved hvilken reaktionerne fandt sted; og brugen af ​​et katalytisk system bestående af palladiumacetat (katalysatoren), SPhos (en højtydende ligand til Suzuki−Miyaura krydskoblingsreaktioner) og 1, 5-cyclooctadien (dispergeringsmiddel og stabilisator).

Hovedstenen i denne undersøgelse var anvendelsen af ​​den opløsningsmiddelfrie faststofreaktion på for det meste uopløselige arylhalogenider. Disse reaktanter gav ingen produkter i konventionelle opløsningsbaserede reaktioner. Faststofreaktionerne ved hjælp af højtemperaturkuglefræsning, imidlertid, gav de ønskede produkter. Vigtigt, holdet opdagede et nyt stærkt fotoluminescensmateriale fremstillet af uopløseligt pigment violet 23.

"Højtemperatur-kugleformalingsteknikken og vores katalytiske system er afgørende for disse krydskoblingsreaktioner af uopløselige arylhalogenider, og den protokol, vi har udviklet, udvider mangfoldigheden af ​​organiske molekyler afledt af uopløselige udgangsmaterialer, " siger Koji Kubota.