Forskare använder samverkan av ett ligand-counterion-system för hållbar eterproduktion som är nödvändig för farmaceutiska tillämpningar. Kredit:Ritsumeikan University
Den fortsatta utvecklingen av läkemedel är beroende av förmågan att bilda ett brett spektrum av kemiska bindningar. Diaryletrar, som kännetecknas av närvaron av en syreatom kopplad till två arylgrupper, är en klass av organiska föreningar med ett brett spektrum av tillämpningar, särskilt som ett kylmedel och ett antiseptiskt medel för att förebygga infektioner. I synnerhet har diaryletrar varit ett ämne av forskningsintresse eftersom deras organiska syntes har visat sig vara svår. De kan bildas av arylalkoholer, eller fenoler, när en andra arylgrupp ersätter det alkoholiska vätet. Men nuvarande fenol O-aryleringsmetoder är ineffektiva och använder sällsynta övergångsmetallkatalysatorer (särskilt den palladiumkatalyserade korskopplingsreaktionen vann 2010 års Nobelpris i kemi). Dessutom är de oselektiva, vilket innebär att många olika biprodukter genereras, vilket minskar effektiviteten och det slutliga utbytet av den önskade organiska föreningen.
Nu har ett mer hållbart alternativ till övergångsmetallkatalysatorer föreslagits av ett team av forskare från Ritsumeikan University, Japan. I detta arbete ersätts övergångsmetallen med ett lättillgängligt och lättsyntetiserat utgångsmaterial, trimetoxifenyl (TMP)-jodonium(III)acetat. "Detta jodoniumsalt innehåller två nyckelstrukturer, nämligen TMP-liganden och acetatmotjonen, som arbetar tillsammans för att öka reaktiviteten hos O-aryleringsreaktionen och i sin tur förbättra eterbindningsbildningen, vilket leder till betydligt högre utbyten av diaryletrar. än som har rapporterats tidigare. Det är ett perfekt lagarbete", förklarar biträdande professor Kotaro Kikushima, huvudförfattaren till studien. Denna artikel gjordes tillgänglig online den 7 mars 2022 och publicerades i volym 24, nummer 10 av tidskriften Organic Letters den 18 mars 2022.
Baserat på de strukturella egenskaperna hos fenyl(TMP)jodoniumacetat, förutspådde forskarna att diaryliodoniumsaltet skulle ha hög reaktivitet. Följaktligen bestämdes kombinationen av trimetoxifenylgruppen och acetatanjonen som arbetar tillsammans för att öka reaktiviteten hos fenolsyreatomen för första gången i deras studie.
Mångfalden och mångfalden av föreningar är en viktig faktor när man utformar metoder för en grön, hållbar kemiframtid. För att testa den allmänna karaktären hos denna metod testade och använde teamet olika organiska funktionella grupper för O-arylering. Till sin glädje fann de att metoden var extremt robust och tolerant mot en mängd olika funktionella grupper, vilket ledde till ett brett spektrum av etrar syntetiserade med betydligt högre utbyten än andra rapporterade tekniker, en viktig faktor för industriella tillämpningar. Potentialen för att skala upp denna process till industriella behov har också visats genom att utföra reaktionen i gram-skala, med bibehållen hög effektivitet. Förutom höga utbyten och hållbara utgångsmaterial gav metoden ytterligare en fördel jämfört med nuvarande tekniker:ökad selektivitet. TMP-gruppen styrde den selektiva aryleringen av den andra funktionella gruppen, vilket möjliggjorde mer kontroll och inga oönskade biprodukter.
"Den nuvarande metoden skulle ge en kostnadseffektiv och robust tillgång till ett brett utbud av användbara organiska molekyler under gröna hållbara förhållanden utan behov av övergångsmetallkatalysatorer. Vårt nästa mål är att återvinna och återanvända det jodhaltiga avfallet, vilket bildas som en biprodukt under aryleringen. Elektrokemiska eller fotokemiska metoder kan sedan användas för att på ett hållbart sätt återställa det hypervalenta jod(III) som sedan kan användas i en annan arylering", förklarar professor Toshifumi Dohi, medförfattare till studien.
Att lägga till dessa gröna återvinningsstrategier till den presenterade aryleringsreaktionen skulle ge den idealiska hållbara syntetiska metoden för övergångsmetallfria bindningar utan farligt kemiskt avfall, en seismisk förändring i hållbarheten för organisk syntes. Med imponerande lagarbete mellan ligander och motjoner demonstrerat, har framtiden för organisk kemi aldrig sett så grön ut. + Utforska vidare
