La reazione di Suzuki-Miyaura è un noto processo chimico in cui una reazione tra acidi boronici organici e alogenuri arilici porta alla sintesi di composti "biarilici", che sono componenti importanti di vari farmaci e prodotti chimici. Questo è anche chiamato cross-coupling, quando due molecole di arile sono combinate, o incrociato, in questo processo. Poiché le molecole aromatiche organiche, che si formano a seguito di questa reazione, hanno varie applicazioni, come nei solventi e nei farmaci, trovare un modo per ottimizzare le reazioni di accoppiamento incrociato esistenti è cruciale. Ecco perché, in un nuovo studio pubblicato su Catalizzatori ACS , un team di scienziati dal Giappone, tra cui il Prof Yuichiro Mutoh della Junior Assoc e il Prof Shinichi Saito della Tokyo University of Science, volevo verificare se questa reazione può essere resa più efficiente.

Acido boronico organico "protetto", che è un acido boronico organico con un 'gruppo mascherante, ' è spesso usato come precursore dell'acido boronico nella reazione di Suzuki-Miyaura. Poiché la reattività dell'acido boronico protetto è bassa, non prende parte a questa reazione. Così, il gruppo di mascheramento deve essere rimosso affinché la reazione possa procedere, che aggiunge un altro passaggio al processo. Ciò ha portato questi scienziati a chiedersi:e se le molecole mascherate fossero state utilizzate direttamente nella reazione? Ci porterebbe ad un molto più veloce, tecnica più economica!

Il prof Saito spiega, "Poiché la rimozione del gruppo di mascheramento è necessaria per fornire gli acidi boronici latenti che si impegnano nelle successive reazioni di Suzuki-Miyaura, l'uso diretto dell'acido boronico protetto in una reazione di Suzuki-Miyaura sarebbe altamente desiderabile in termini di numero di passaggi ed economia atomica. Ciò aiuterebbe a semplificare la sintesi di molecole complesse." L'unica sfida era che fino ad ora, non esisteva un modo noto per utilizzare direttamente gli acidi boronico protetti senza rimuovere prima il gruppo di mascheramento, e quindi, gli scienziati hanno cercato di trovare modi per farlo.

Gli scienziati sapevano che il processo richiedeva un catalizzatore al palladio (una molecola o un composto in grado di accelerare una reazione), una base, e due molecole ariliche di partenza. Hanno proceduto a verificare se la reazione avviene con una molecola protetta. Iniziare con, hanno esaminato l'impatto di varie basi sulla reazione. Hanno visto che quando una particolare base di potassio, chiamato KOτ-Bu, era usato, ha comportato un'elevata resa dei prodotti, e questo effetto come non si vede con altre basi. Quindi, hanno testato vari catalizzatori a base di palladio e hanno visto che tutti i catalizzatori producevano una resa simile, indicando che i comuni sistemi catalitici a base di palladio possono essere utilizzati per l'accoppiamento incrociato. Ciò li ha portati a concludere che la base KOτ-Bu ha svolto un ruolo cruciale se si voleva utilizzare direttamente l'acido boronico protetto.

Dopo oltre una dozzina di reazioni Suzuki-Miyaura riuscite ad alto rendimento per diversi composti biarilici, il team ha condotto esperimenti di "controllo" per verificare la presenza di altre variabili e ottenere informazioni sui meccanismi sottostanti della base KOτ-Bu. Nello specifico, hanno controllato se le specie chimiche erano presenti nella miscela di reazione prima che la reazione fosse completa, che ha scoperto un composto intermedio che coinvolge la base KOτ-Bu e il reagente dell'acido boronico. Utilizzando tecniche come la spettroscopia NMR e l'analisi di diffrazione di raggi X su cristallo singolo, gli scienziati hanno confermato che la chiave del successo di queste reazioni di accoppiamento incrociato è l'uso di KOτ-Bu come base, in quanto consente la formazione di un borato attivo, essenziale per la reazione.

La metodologia scoperta in questo studio fornisce informazioni sulla reazione di Suzuki-Miyaura e propone un nuovo modo in cui è possibile ridurre al minimo i passaggi necessari per utilizzare gli acidi boronici protetti. L'intero processo per ottenere molecole di biarile è stato effettuato in un unico vaso, vantaggioso in termini di spazio e di costo. Il prof Saito conclude, "Abbiamo sviluppato un modo per far sì che la reazione sia graduale e pot-economica, caratteristiche che hanno ricevuto notevole attenzione negli ultimi anni. Così, questo studio apre nuove possibilità per l'uso di acidi boronico protetto in varie reazioni di accoppiamento."

Grazie alle sue nuove scoperte, questo studio è stato persino selezionato per essere sulla copertina del numero di gennaio 2020 di Catalisi ACS . Si spera che questi risultati aiutino a semplificare la sintesi di importanti molecole complesse, compresi i farmaci, in modo che più persone possano beneficiare dei progressi nelle scienze chimiche.