prodotti farmaceutici, plastica, e molti altri prodotti chimici hanno trasformato la vita umana. Per preparare questi prodotti, i chimici usano spesso un catalizzatore, spesso a base di metalli rari, in vari punti delle loro sintesi. Sebbene i catalizzatori di metalli rari siano incredibilmente utili, la loro offerta limitata rende il loro uso insostenibile a lungo termine. I chimici sintetici hanno bisogno di un'alternativa.

In uno studio recentemente pubblicato su Angewandte Chemie , ricercatori dell'Università di Kanazawa riportano una tale alternativa. La loro ricerca su un'ampia classe di reazioni chimiche comuni nelle sintesi farmaceutiche e di altro tipo aprirà la strada a un'industria chimica più sostenibile.

Il Premio Nobel per la Chimica 2010 è andato ai ricercatori che hanno utilizzato catalizzatori a base di palladio metallico per eseguire un tipo comune di reazione chimica nota come cross-coupling. Tali catalizzatori funzionano molto bene per sintetizzare i cosiddetti centri di carbonio quaternario congestionati, comuni nelle molecole utilizzate in agricoltura e in medicina. Però, per la sostenibilità a lungo termine, i ricercatori hanno bisogno di un'alternativa ai catalizzatori di metalli rari.

"Abbiamo usato organoborati benzilici per eseguire il cross-coupling alchilativo terziario di elettrofili arilici o alchilici, " dice Hirohisa Ohmiya, corrispondente autore dello studio. "La nostra procedura non utilizza elementi rari ed è un percorso diretto verso i centri di carbonio quaternario".

Gli studi iniziali dei ricercatori consistevano in un benzilboronato terziario che viene prima attivato da una base di alcossido di potassio per diventare un anione benzilico. Questo anione subisce quindi una reazione di accoppiamento incrociato con un elettrofilo di cloruro alchilico secondario.

"La reazione ha ampia portata, " spiega l'autore corrispondente Hirohisa Ohmiya. "Ad esempio, la sostituzione del gruppo fenilico del boronato con vari anelli aromatici ha avuto successo, e l'elettrofilo può essere una vasta gamma di anelli e catene lineari."

Studi successivi hanno sostituito il cloruro alchilico secondario con vari nitrili arilici, eteri arilici, e aril fluoruri. Molte di queste reazioni hanno avuto successo, come quelli con 4-cianopiridina e 4-fluorofenilbenzene.

Un commento in Natura il 19 novembre indica che la pandemia di COVID-19 ha interrotto le catene di approvvigionamento di vari metalli rari pertinenti all'industria chimica. Centinaia di miniere e fabbriche sono state chiuse, e molti confini nazionali sono più ristretti rispetto a prima della pandemia. Una soluzione a lungo termine per le interruzioni della catena di approvvigionamento è sviluppare protocolli sintetici che non utilizzino metalli rari. La ricerca qui descritta è una parte importante di questo sforzo e contribuirà a rendere le sintesi chimiche più sostenibili per le generazioni future.