En metallkatalysator som ger distinkta kolbaserade molekylära skelett vid ligandbyte kan låsa upp kostnadseffektiva, grön syntetisk väg

En nickelkatalysator är inställd på att utöka kemistens verktygslåda, som leder till nya viktiga mellanprodukter vid syntesen av naturprodukter och läkemedel.

Forskare från KAUST har utvecklat ett syntetiskt tillvägagångssätt som bildar en kol-kol-bindning mellan en typiskt inert föregångare och ett borinnehållande kolväte, eller alkylboran, med hjälp av en nickelkatalysator.

Beroende på typen av ligander som dekorerar katalysatorn, denna tvärkopplingsreaktion gav alkylfunktionaliserade aromatiska föreningar. Dessa björnkedjor som innehåller kol- och väteatomer, eller ketoner, där en dubbelbunden kol-syre-enhet, känd som karbonylgrupp, är placerad mellan aromatiska och alkyldelar.

I allmänhet är tvärkopplingsreaktioner beroende av palladiumkatalysatorer för att generera kolbaserade molekylära skelett. De flesta metoder har aromatiska föreningar som innehåller en halogenid, såsom jodid eller bromid, som är parade med aromatiska boraner för att bygga asymmetriska molekyler. Dock, dessa halogenbaserade metoder producerar frätande avfall. Ett grönt alternativ till halogenider är naturligt förekommande karbonylbaserade föreningar som kallas estrar men dessa är inaktiva i palladiumkatalyserade tvärkopplingsreaktioner som innebär eliminering av kolmonoxid.

För att lösa detta problem, laget under ledning av Magnus Rueping och Luigi Cavallo skapade en nickelkatalysator som aktiverar tvärkopplingen av aromatiska estrar och alkylboraner. I denna reaktion, estern tillhandahåller den aromatiska delen av produkten med eller utan en karbonylgrupp, medan boran är alkylprekursorn.

Forskarna visade att reaktionen gav en annan produktfamilj när de bytte från en typ av fosforligand till en annan. Specifikt, i närvaro av en monodentatligand, som är fäst vid nickelcentret med en enda bindning, reaktionen gav ketonderivat. I kontrast, ligander som bildade två bindningar med metallen främjade produktionen av alkylarener. "Dessa experimentella resultat var inte lätta att förklara, "säger Rueping." Därför, vi använde beräkningsstudier för att hjälpa oss att förstå den molekylära mekanismen och reaktionsvägen. "

Detta avstämbara tillvägagångssätt befanns gälla ett brett spektrum av boraner och estrar, såsom bensenliknande och heteroatomhaltiga aromatiska derivat. Det genererade viktiga mellanprodukter i naturlig produktsyntes, såsom potentiella nästa generations antidepressiva medel, och en potent antagonist för viktiga celladhesionsproteiner som kallas integriner.

"Dessa resultat var spännande eftersom de flesta forskare inte hade förväntat sig att denna ovanliga plats-selektiva reaktion kunde uppnås genom att helt enkelt ändra liganderna i metallkomplexet, "säger Rueping. Hans team studerar för närvarande andra metallkatalysatorer för att förenkla syntesen av naturprodukter och funktionella molekyler.