Gli scienziati dell'Università di Hokkaido hanno sviluppato un rapido, protocollo efficiente per reazioni di cross-coupling, ampliando notevolmente il pool di sostanze chimiche che possono essere utilizzate per la sintesi di composti organici utili.

Le reazioni chimiche sono un processo vitale nella sintesi di prodotti per una varietà di scopi. Per la maggior parte, queste reazioni sono condotte nella fase liquida, sciogliendo i reagenti in un solvente. Però, esiste un numero significativo di sostanze chimiche parzialmente o completamente insolubili, e quindi non sono stati utilizzati per la sintesi. I materiali di partenza necessari per la sintesi di molti materiali organici all'avanguardia, come semiconduttori organici e materiali luminescenti, sono spesso scarsamente solubili, che porta a problemi nella sintesi basata sulla soluzione. Perciò, lo sviluppo di un approccio sintetico indipendente dal solvente per superare questi problemi di solubilità di vecchia data nella sintesi organica è altamente desiderato per sintetizzare nuove preziose molecole organiche.

Negli ultimi anni, tecniche sintetiche che utilizzano la macinazione a palle sono state utilizzate per effettuare reazioni prive di solventi in fase solida. È stato proposto che l'uso della macinazione a sfere potrebbe potenzialmente superare i suddetti problemi di solubilità nella chimica di sintesi, ma uno studio sistematico a tale scopo non è mai stato effettuato.

Un team di quattro scienziati dell'Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) dell'Università di Hokkaido, guidato dal Professore Associato Koji Kubota e dal Professor Hajime Ito, hanno sviluppato un rapido, efficiente, protocollo privo di solventi per la reazione di cross-coupling Suzuki-Miyaura di alogenuri arilici insolubili. Il protocollo è stato pubblicato nel Giornale della Società Chimica Americana .

Gli alogenuri arilici sono materiali di partenza popolari per la sintesi di molecole funzionali organiche, principalmente dalla reazione di cross-coupling Suzuki-Miyaura catalizzata dal palladio, per la quale il professore emerito Akira Suzuki dell'Università di Hokkaido ha condiviso il premio Nobel per la chimica 2010. Sebbene le reazioni di cross-coupling siano state impiegate per la sintesi di un'ampia gamma di preziose molecole, gli alogenuri arilici insolubili non sono substrati adatti perché le reazioni di cross-coupling di Suzuki-Miyaura sono state condotte principalmente in soluzione.

Data questa limitazione, gli scienziati si sono concentrati sullo sviluppo di un efficiente accoppiamento incrociato Suzuki-Miyaura allo stato solido di una serie di alogenuri arilici insolubili estremamente non reattivi. L'attrezzatura chiave consisteva in un mulino a palle, per miscelare i reagenti; una pistola termica, aumentare la temperatura alla quale si sono verificate le reazioni; e l'uso di un sistema catalitico composto da acetato di palladio (il catalizzatore), Sphos (un ligando ad alte prestazioni per reazioni di cross-coupling Suzuki-Miyaura) e 1, 5-cicloottadiene (disperdente e stabilizzante).

La pietra miliare di questo studio è stata l'applicazione della reazione allo stato solido priva di solventi agli alogenuri arilici per lo più insolubili. Questi reagenti non hanno prodotto alcun prodotto nelle reazioni convenzionali basate su soluzioni. Le reazioni allo stato solido utilizzando la macinazione a sfere ad alta temperatura, però, ha dato i prodotti desiderati. È importante sottolineare che il team ha scoperto un nuovo forte materiale fotoluminescente preparato dal pigmento insolubile viola 23.

"La tecnica di macinazione ad alta temperatura e il nostro sistema catalitico sono essenziali per queste reazioni di accoppiamento incrociato di alogenuri arilici insolubili, e il protocollo che abbiamo sviluppato amplia la diversità delle molecole organiche derivate da materiali di partenza insolubili, " dice Koji Kubota.