NUS-kemister har utvecklat ett nytt sätt att komma åt prisade tri- och tetrasubstituerade alkener genom en nickelkatalyserad tandemprocess som involverar en Heck-reaktion följt av kol-kol dubbelbindning (C=C) migration.

Utvecklingen av tillförlitliga metoder som ger stereokemiskt definierade acykliska tri- och tetrasubstituerade alkener är ett långvarigt mål inom organisk syntes. Dessa starkt substituerade C=C-bindningar finns vanligtvis i otaliga molekyler av intresse inklusive organiska material och biologiskt aktiva enheter, och är nyckelmellanprodukter för ytterligare derivatisering till ett bredare spektrum av högvärdiga produkter. Befintliga reaktioner som omvandlar karbonylföreningar eller omättade kol-kolbindningar till tri- och tetrasubstituerade olefiner involverar ofta långa syntesvägar, uppvisa begränsad funktionell gruppkompatibilitet, lider av otillfredsställande region- eller stereoselektivitetskontroll, och/eller inte är tillräckligt generella. En komplikation uppstår från den lilla energiskillnaden mellan cis och trans isomerer av dessa starkt substituerade alkener, vilket ökar svårigheten att generera dessa föreningar med hög stereoselektivitet.

En forskargrupp ledd av Prof Koh Ming Joo, från Institutionen för kemi, National University of Singapore i samarbete med Prof Osvaldo Gutierrez, från University of Maryland, har tänkt ut en tandemstrategi som slår samman regiokontrollerad Heck-reaktion och stereokontrollerad C=C-bindningsmigrering i ett enda steg (se figur). Mekanistiska och beräkningsstudier visade att reaktionen fortskrider genom en icke-radikal väg, och att både den ansenliga alkoxidbasen och N -heterocyklisk karben (NHC) ligand är avgörande för den katalytiska processen.

Prof Koh sa, "Vårt första försök till detta forskningsområde var att hypotetiskt fråga hur vi kan omvandla monosubstituerade α-olefiner, en mycket riklig klass av råvarukemikalier, till de mer värdefulla men svårsyntetiserade trisubstituerade och tetrasubstituerade analogerna, i en enda process. Som det visar sig, lösningen på detta var att designa en tandemreaktion som först reagerar med det monosubstituerade substratet, sedan isomeriserar den till den önskade produkten. En väl orkestrerad kontroll av regio- och stereoselektivitet var avgörande, vilket fick oss att upptäcka den unika effektiviteten hos de NHC-ligerade nickelkatalysatorerna."

"Vi förväntar oss att vår nya metod kommer att förbättra sättet på vilket många bioaktiva molekyler syntetiseras, och att fungera som en ritning för utformningen av katalytiska tandemtransformationer för att konstruera viktiga byggstenar från oädla material, " tillade prof Koh.

Forskargruppen planerar att utnyttja insikterna från detta arbete för att utveckla nya tandemtransformationer för att underlätta finkemisk syntes.