Un semplice catalizzatore di ferro può sostituire il costoso rutenio in una reazione che può essere utilizzata per generare diverse librerie di composti organici complessi, tre ricercatori della Keio University hanno dimostrato1. Questa scoperta promette di rendere più economica la produzione di molecole organiche complesse come materiali elettronici organici e farmaci terapeutici.

Le molecole organiche sono costituite principalmente da atomi di carbonio e idrogeno più alcuni altri "eteroatomi", come l'azoto, ossigeno o cloro. I chimici hanno tradizionalmente sfruttato la reattività di questi eteroatomi per costruire prodotti complessi da semplici molecole di partenza. Questo approccio, però, può richiedere lunghe sequenze di reazioni per installare l'insieme corretto di eteroatomi per una particolare conversione, rendendo la sintesi costosa e dispendiosa in termini di tempo.

Un modo più efficiente per creare molecole organiche è manipolare direttamente i legami carbonio-idrogeno di una molecola. Conosciuta come funzionalizzazione del legame carbonio-idrogeno, questa reazione comporta la rottura del legame tra carbonio e idrogeno e quindi lo scambio dell'idrogeno con un altro elemento come il carbonio, ossigeno o azoto. Ma poiché le molecole organiche contengono tipicamente molti di questi legami, è difficile innescare selettivamente una reazione solo al legame carbonio-idrogeno desiderato.

Un modo per ottenere questa selettività consiste nell'utilizzare un catalizzatore, ma questi sono spesso metalli preziosi costosi come il rodio, palladio o rutenio. C'è quindi una forte spinta a sostituire questi catalizzatori di metalli preziosi con catalizzatori più economici realizzati con materiali poco costosi, metalli abbondanti come il ferro.

Ora, Fumitoshi Kakiuchi e i collaboratori Naoki Kimura e Takuya Kochi della Keio University hanno dimostrato che un semplice composto di ferro catalizza l'alchilazione carbonio-idrogeno dei chetoni aromatici con gli alcheni. Il composto di ferro fa questo legandosi al gruppo chetonico dell'anello aromatico, che dirige la molecola di alchene in arrivo a legarsi all'adiacente, posizione 'orto' dell'anello aromatico. Il trio ha mostrato che un'ampia varietà di alcheni può essere utilizzata per questa reazione.

Ricerche precedenti avevano suggerito che il ferro potesse guidare questa trasformazione, ma il ferro è stato consumato nel processo. "Queste precedenti reazioni stechiometriche ci hanno fornito suggerimenti per sviluppare alchilazione carbonio-idrogeno orto-selettiva catalizzata da ferro di chetoni aromatici con alcheni, " spiega Kakiuchi.

La prossima frontiera delle reazioni di funzionalizzazione carbonio-idrogeno è sviluppare catalizzatori "regioselettivi" che mirano selettivamente a un particolare legame carbonio-idrogeno senza bisogno di un gruppo dirigente come un chetone. "La funzionalizzazione regioselettiva carbonio-idrogeno di composti aromatici senza l'utilizzo di un gruppo dirigente è ancora piuttosto difficile, " Nota Kakiuchi. "Intendiamo sviluppare questo tipo di funzionalizzazione regioselettiva carbonio-idrogeno utilizzando additivi o ligandi".