Kemister från National University of Singapore har utvecklat en fotoinducerad metod för funktionalisering av kol-väte (C-H)-bindningar i organiska molekyler i sent skede.

Ersättningen av H i CH-bindningar med andra atomer eller substituenter är ett av de mest eftertraktade sätten att skapa nya och användbara molekyler. Medan CH-bindningen kan hittas i nästan alla organiska molekyler, den är vanligtvis inaktiv och därför svår att funktionalisera. Direkt transformation av CH-bindningar till mångsidiga alkenfunktionella grupper representerar ett ekonomiskt tillvägagångssätt för olefinsyntes och molekylär redigering. Vid upptäckt och utveckling av läkemedel, C-H-funktionalisering i sent skede erbjuder ett effektivt sätt att underlätta beredningen av strukturella analoger av mål med förbättrade struktur-aktivitetsförhållanden eller andra önskade fysikalisk-kemiska egenskaper utan de novo-metoder.

En forskargrupp ledd av professor Wu Jie från Institutionen för kemi, NUS, har utvecklat en fotokatalytisk process för direkt alkenylering av C-H-bindningar i alkaner och aldehyder. Under de senaste decennierna, övergångsmetallkatalyserade alkenyleringar av arener och heteroarener har studerats omfattande. Dock, analoga omvandlingar av alkaner och aldehyder förblir utmanande. De befintliga metoderna lider i allmänhet av användningen av ädelmetall, stökiometriska mängder av oxidanter och stort överskott av C-H-substrat. För att lösa dessa problem, forskargruppen använde en kombination av två typer av katalytiska metoder, den direkta väteatomöverföringskatalysen (med en dekavolframatanjon, [W ₁₀ O ₃₂ ] ⁴⁻ ) och kobaloximkatalysen, för direkt aktivering och alkenylering av alkaner och aldehyder. När dessa två katalysatorer fungerar synergistiskt i närvaro av ljus, ett varierat utbud av billiga råmaterial kan lätt omvandlas till värdefulla olefiner. Andra fördelar med denna strategi inkluderar ett brett substratomfång, hög C-H-platsselektivitet, utmärkt transselektivitet för alkenprodukterna, och användningen av CH-substratet som det begränsande reagenset. Dessutom, denna strategi kan tillämpas i den selektiva funktionaliseringen av naturliga produkter och viktiga farmaceutiska molekyler i sen skede.

Prof Wu sa, "Den platsselektiva funktionaliseringen av C-H-bindningar i komplexa molekyler i senare skede som utvecklats från våra studier är en mycket användbar klass av reaktioner. Denna metod kan potentiellt hitta bred tillämpning i olefinsyntes, strukturell modifiering av läkemedel och naturlig produktsyntes."

Forskargruppen planerar att utveckla mer avancerade katalytiska processer för funktionalisering av kol-vätebindningar i det sena stadiet.