Un catalizzatore metallico che fornisce scheletri molecolari distinti a base di carbonio al cambio del ligando può sbloccare costi contenuti, via sintetica verde

Un catalizzatore al nichel è impostato per espandere il kit di strumenti del chimico, portando a nuovi intermedi chiave nella sintesi di prodotti naturali e farmaceutici.

I ricercatori di KAUST hanno sviluppato un approccio sintetico che forma un legame carbonio-carbonio tra un precursore tipicamente inerte e un idrocarburo contenente boro, o alchilborano, utilizzando un catalizzatore al nichel.

A seconda del tipo di leganti che decorano il catalizzatore, questa reazione di cross-coupling ha prodotto composti aromatici alchil-funzionalizzati. Questi portano catene che comprendono atomi di carbonio e idrogeno, o chetoni, in cui un'unità carbonio-ossigeno a doppio legame, noto come gruppo carbonilico, è posizionato tra le parti aromatiche e alchiliche.

Generalmente le reazioni di cross-coupling si basano su catalizzatori di palladio per generare scheletri molecolari a base di carbonio. La maggior parte dei metodi ha composti aromatici contenenti un alogenuro, come ioduro o bromuro, che sono accoppiati con borani aromatici per costruire molecole asimmetriche. Però, questi metodi a base di alogenuri producono rifiuti corrosivi. Un'alternativa verde agli alogenuri sono composti naturalmente abbondanti a base di carbonile chiamati esteri, ma questi sono inattivi nelle reazioni di cross-coupling catalizzate dal palladio che comportano l'eliminazione del monossido di carbonio.

Per risolvere questo problema, il team guidato da Magnus Rueping e Luigi Cavallo ha creato un catalizzatore al nichel che attiva il cross-coupling di esteri aromatici e alchilborani. In questa reazione, l'estere fornisce la parte aromatica del prodotto con o senza un gruppo carbonilico, mentre il borano è il precursore alchilico.

I ricercatori hanno dimostrato che la reazione ha prodotto una diversa famiglia di prodotti quando sono passati da un tipo di legante del fosforo a un altro. Nello specifico, in presenza di un ligando monodentato, che è attaccato al centro di nichel da un singolo legame, la reazione ha dato derivati ​​chetonici. In contrasto, i ligandi che formavano due legami con il metallo promuovevano la produzione di alchil areni. "Questi risultati sperimentali non erano facili da spiegare, " dice Rueping. "Pertanto, abbiamo usato studi computazionali per aiutarci a capire il meccanismo molecolare e il percorso di reazione".

Si è scoperto che questo approccio sintonizzabile si applica a un'ampia gamma di borani ed esteri, come derivati ​​aromatici simili al benzene e contenenti eteroatomi. Ha generato intermedi essenziali nella sintesi del prodotto naturale, come potenziali antidepressivi di nuova generazione, e un potente antagonista per importanti proteine ​​di adesione cellulare note come integrine.

"Questi risultati sono stati entusiasmanti poiché la maggior parte dei ricercatori non si sarebbe aspettata che questa insolita reazione selettiva per il sito potesse essere ottenuta semplicemente cambiando i ligandi del complesso metallico, " afferma Rueping. Il suo team sta attualmente studiando altri catalizzatori metallici per semplificare la sintesi di prodotti naturali e molecole funzionali.