En enkel järnkatalysator kan ersätta dyrt rutenium i en reaktion som kan användas för att generera olika bibliotek av komplexa organiska föreningar, tre forskare vid Keio universitet har visat1. Detta fynd lovar att göra det billigare att producera komplexa organiska molekyler som organiska elektroniska material och terapeutiska läkemedel.

Organiska molekyler består huvudsakligen av kol- och väteatomer plus några andra "heteroatomer", som kväve, syre eller klor. Kemister har traditionellt utnyttjat reaktiviteten hos dessa heteroatomer för att bygga komplexa produkter från enkla startmolekyler. Detta tillvägagångssätt, dock, kan kräva långa reaktionssekvenser för att installera den korrekta uppsättningen heteroatomer för en viss omvandling, gör syntesen dyr och tidskrävande.

Ett mer effektivt sätt att göra organiska molekyler är att direkt manipulera en molekyls kol-vätebindningar. Känd som funktionalisering av kol-vätebindningar, denna reaktion innebär att bryta bindningen mellan kol och väte och sedan byta ut vätet med ett annat element som kol, syre eller kväve. Men eftersom organiska molekyler vanligtvis innehåller många sådana bindningar, det är svårt att selektivt utlösa en reaktion vid endast den önskade kol-vätebindningen.

Ett sätt att uppnå denna selektivitet är att använda en katalysator, men dessa är ofta dyra ädelmetaller som rodium, palladium eller rutenium. Det finns därför en stark insats för att ersätta dessa ädelmetallkatalysatorer med billigare katalysatorer gjorda av billiga, rikligt med metaller som järn.

Nu, Fumitoshi Kakiuchi och medarbetare Naoki Kimura och Takuya Kochi vid Keio University har visat att en enkel järnförening katalyserar kol-väte-alkyleringen av aromatiska ketoner med alkener. Järnföreningen gör detta genom att binda till ketongruppen i den aromatiska ringen, som styr den inkommande alkenmolekylen att fästa till den intilliggande, den aromatiska ringens "orto"-position. Trion visade att en mängd olika alkener kan användas för denna reaktion.

Tidigare forskning hade föreslagit att järn kunde driva denna omvandling, men järnet förbrukades i processen. "Dessa tidigare stökiometriska reaktioner gav oss tips om att utveckla järnkatalyserad orto-selektiv kol-väte-alkylering av aromatiska ketoner med alkener, " förklarar Kakiuchi.

Nästa gräns för kol-väte-funktionaliseringsreaktioner är att utveckla "regioselektiva" katalysatorer som selektivt riktar sig mot en viss kol-vätebindning utan att behöva en styrande grupp som en keton. "Regioselektiv kol-vätefunktionalisering av aromatiska föreningar utan att använda en styrgrupp är fortfarande ganska svårt, " Kakiuchi noterar. "Vi avser att utveckla denna typ av regioselektiv kol-väte funktionalisering med hjälp av tillsatser eller ligander."