Palladiumkatalysatorer hjälper till att syntetisera nyckelkemikalier för många industrier. Dock, direkt reaktion av två grundläggande reagens, arylhalider och alkyllitiumföreningar, förblir en utmaning. Nu, ett team av forskare har funnit att en katalysator som innehåller YPhos-ligander kan mediera denna reaktion även vid rumstemperatur. Denna upptäckt kan bidra till utvecklingen av mer hållbara processer inom den kemiska industrin, skriver författarna i tidskriften Angewandte Chemie .

Palladiumkatalyserade kemiska processer är mycket användbara. Palladiumkatalysatorer hjälper till att koppla enkla kolhaltiga föreningar för att bilda mer komplicerade kemiska strukturer. Dock, de har ännu inte lyckats koppla två vanliga reagenser i kemisk syntes:arylhalogenider och alkyllitiumföreningar. Bland arylhalogeniderna, arylklorider är vanliga syntesreagens som reagerar varierande under palladiumkatalyserade reaktioner för att producera biprodukter.

För kopplingsreaktioner med arylhalogenider och alkyllitiumföreningar, kemister tar vanligtvis "omvägar" genom att lägga till mellanliggande syntessteg. Tyvärr, varje extra syntessteg producerar kemiskt avfall och ökar kostnader.

Detta problem fick Viktoria Däschlein-Gessner och hennes team från Ruhr University Bochum att undersöka nya palladiumkatalysatorer. De trodde att en funktionell katalysator skulle underlätta många kemiska synteser. "Kopplingen av arylklorid och alkyllitiumreagens representerar en av de mest utmanande reaktionerna och - om den lyckas - lovar en bred tillämpbarhet, " förklarar författarna.

Efter att ha testat olika befintliga katalysatorer, författarna identifierade en lovande kandidat. Denna katalysator var baserad på en klass av ylidsubstituerade fosfiner som kallas YPhos.

Kemister använder YPhos-innehållande palladiumkatalysatorer för svåra kopplingsreaktioner. YPhos-liganderna kombinerar ett negativt laddat kolcentrum och en positivt laddad fosfoniumgrupp (yliden) med en ligand av fosfintyp - fosfiner är typiska ligander i palladiumkatalys. Denna ylid-fosfinliganduppsättning resulterar i speciella elektroniska egenskaper. Forskarna observerade att ligandelektroniken hjälpte till att aktivera arylhalogenider, vilket är ett avgörande steg i reaktionen mellan arylhalogenider och alkyllitiumföreningar.

En av YPhos-klassen av ligander, en ligand som heter joYPhos, visade sig ha den mest gynnsamma arkitekturen. Dess kombination av elektroniska egenskaper och en rymdfyllande arkitektur undertryckte de många sidoreaktioner som annars förekommer i kopplingen.

Författarna anmärker att prekatalysatorer innehållande YPhos-liganderna också presterade utomordentligt bra. Förkatalysatorer har sina ligander och en palladiumkälla förordnade i separata föreningar. Som tvåkomponentslim, de samlas i reaktionsblandningen för att bilda den effektiva katalysatorn. Detta förarrangemang gör deras hantering användarvänlig och föreningarna är mer stabila än de fria liganderna, enligt författarna.

I en uppskalning av reaktionen, forskarna syntetiserade en byggsten av lesinurad, ett läkemedel som används för att behandla gikt. De visade också att katalysatorn fungerade bra för många variationer av arylhalogenid och alkyllitiumreagens. Dessa resultat ledde till slutsatsen att denna transformation är allmänt tillämplig. Denna nya palladiumkatalysator kan således bidra till att undvika kostsamma "omvägar" i framtida organiska synteser.