Kol-vätebindningarna i alkaner - särskilt de i ändarna av molekylerna, där varje kol har tre väteatomer bundna till sig—är mycket svåra att "knäcka" om du vill ersätta väteatomerna med andra atomer. Metan (CH ₄ och etan (CH ₃ CH ₃ ) är påhittade, uteslutande, av sådana hårt bundna väteatomer. I journalen Angewandte Chemie , ett team av forskare har nu beskrivit hur de bryter dessa bindningar samtidigt som de bildar nya kol-kvävebindningar (amidering).

Om det var möjligt att enkelt bryta C–H-bindningarna i kolväten, det skulle vara möjligt att syntetisera komplexa organiska molekyler, såsom läkemedel, mycket bekvämare och direkt från petroleum. Denna strategi skulle också kunna ge fler vägar för återvinning av plastavfall. Bildandet av kol-kvävebindningar är av särskilt intresse eftersom dessa spelar en viktig roll i naturprodukter. Till exempel, amidbindningar länkar enskilda aminosyror till proteiner.

Även om det har varit en viss framgång i funktionaliseringen av tunga kolväten, även i slutpositionerna, de särskilt starka C–H-bindningarna av lätta alkaner, speciellt metan, kan knappast delas upp alls. Användningen av dessa primära komponenter i naturgas som syntetiska byggstenar är särskilt önskvärt, eftersom det skulle möjliggöra användningen av denna ofta bortkastade biprodukt från oljeutvinning.

Ett lag ledd av Ana Caballero och Pedro J. Pérez (Universidad de Huelva, Spanien), samt John F. Hartwig (University of California, Berkeley, U.S.) har nu framgångsrikt kopplat amider (kvävehaltiga organiska föreningar) till lätta alkaner med förlust av en väteatom. Produkterna av dessa dehydrogenativa amideringar är kända som N-alkylamider.

Utgångspunkten för detta tillvägagångssätt var amideringen av C–H-bindningar i tunga alkaner med en kopparbaserad katalysator och di-tert-butylperoxid som oxidationsmedel, som utvecklades för flera år sedan av Hartwig-gruppen. Variation av katalysatorn ledde till framgång. Om kopparn har ligander av fenantrolintyp (en aromatisk, kvävehaltigt system med tre sexledade ringar), det är möjligt att producera höga utbyten i reaktionen av etan med bensamid – såväl som ett antal andra amider – med hjälp av bensen som lösningsmedel. Reaktionen fungerade också när superkritisk koldioxid - ett mer miljövänligt alternativ - användes som lösningsmedel. Reaktionen med etan är en ovanlig C–N-bindningsbildning med en icke-aktiverad primär C–H-bindning.

Propan, n-butan, och iso-butan gav liknande resultat. I de lätta alkanerna, reaktivitet korrelerar betydligt starkare med dissociationsenergin för C–H-bindningarna än i högre alkaner.

Och metan? Även den tuffaste kandidaten - amidering av metan har aldrig tidigare observerats - skulle kunna kopplas till amiden. Isotopexperiment användes för att bevisa att metan reagerar och bildar N-metylbensamid.