De tre reaktanterna och deras koppling:radikal av ketyltyp till vänster, 1,3-dien i mitten och nukleofilen sulfinat till höger. De reaktiva atomerna och bindningen som bildas är markerade i gult (ketylkol och första C-C-bindning) och orange (svavelnukleofil atom och andra C-S-bindning). Det katalytiskt aktiva palladiumkomplexet, med palladiumcentrum markerat i orange, är synligt i bakgrunden. Kredit:WWU – Peter Bellotti
En mer hållbar användning av kemiska resurser är en del av FN:s Agenda 2030. Syntetekemister arbetar därför med att designa och genomföra effektiva synteser. Inom den syntetiska organiska kemistens arsenal spelar processer som länkar flera molekyler (kopplingspartners) i ett enda steg – så kallade multikomponentreaktioner (MCR) – en central roll. Dessa anses vara hållbara och miljövänliga teknologier för snabb framställning av komplexa strukturer och läkemedel i ett enda reaktionssteg. Ett team av forskare ledda av kemiprofessorn Frank Glorius (University of Münster) och Dr Huan-Ming Huang (University of Münster och ShanghaiTech University) har nu för första gången lyckats använda så kallade ketylradikaler för en ny MCR. Denna studie publicerades i den nyligen grundade tidskriften Nature Synthesis .
"Ketylradikaler är mycket viktiga arter inom syntetisk kemi. De används ofta i syntesen av komplexa naturligt förekommande produkter. Katalytiska kemiska omvandlingar som använder ketylradikaler förblir dock utmanande. Deras bildning kräver ofta "hårda" reaktionsförhållanden med hög temperatur . Radikalerna kan också vara icke-selektiva i sina reaktionsvägar, vilket innebär att de är svåra att kontrollera", förklarar Huan-Ming Huang.
Forskargruppen använde ketylradikaler och palladiumkatalys exciterade av synligt ljus för att skapa en MCR mellan flera kopplingspartners. Vid valet av kopplingspartners (aldehyder, 1,3-diener och olika nukleofiler) tog forskarna hänsyn till olika aspekter:Vilka ämnen är nödvändiga för att reaktionen ska kunna ske, vilka är lättillgängliga och vilka produkter är användbara?
"Vi lyckades tämja radikaler av ketyltyp genom att kombinera synligt ljus med små mängder av en kommersiellt tillgänglig palladiumkatalysator", säger medförfattaren Peter Bellotti. "Detta operativt enkla, redoxneutrala och därmed miljövänliga tillvägagångssättet skulle kunna bli en allmän plattform för konstruktion av så kallade komplexa homoallyliska alkoholmotiv, ett ofta använt strukturellt motiv inom syntetisk kemi. Enstegssyntesen av nyckelintermediärer som kan vara ytterligare omvandlas till värdefulla produkter är ett bevis på mångsidigheten i detta tillvägagångssätt."
Förutom de syntetiska kapaciteterna hos denna metod undersökte teamet de mekanistiska krångligheterna med hjälp av en kombinerad experimentell mekanistisk analys och beräkningar av densitetsfunktionella teorin (DFT). "Vi förväntar oss att kombinationen av synligt ljus med övergångsmetaller som palladium kan inspirera till ytterligare oförutsedda syntetiska transformationer utöver de etablerade katalyserade reaktionerna," säger Frank Glorius. + Utforska vidare
