Chemicy z Wielkiej Brytanii odkryli, że kompleksy żelaza z N-heterocyklicznymi karbenami mogą katalizować reakcję sprzęgania Suzuki. Odczynnikami były aromatyczne estry kwasu borowego i chlorki arylu, a w wyniku reakcji powstawały podstawione biaryle. Badanie opublikowano w czasopiśmie Nature Synthesis.
Reakcja Suzuki pozwala na utworzenie wiązania węgiel-węgiel pomiędzy dwiema cząsteczkami organicznymi — kwasem borowym i halogenkiem. Różne kompleksy palladu(0) z fosfinami, N-heterocyklicznymi karbenami i innymi ligandami katalizują reakcję sprzęgania krzyżowego. W 2010 roku japoński chemik Akira Suzuki otrzymał Nagrodę Nobla za odkrycie tej reakcji.
Kilka lat temu chemicy pod przewodnictwem Robina B. Bedforda z Uniwersytetu w Bristolu postanowili zbadać, czy reakcję Suzuki można przeprowadzić przy użyciu tańszych katalizatorów na bazie żelaza. W 2018 roku odkryli, że jest to możliwe — w obecności kompleksu karbenu żelaza, halogenki arylowe reagują z estrami kwasu borowego, tworząc produkt sprzęgania krzyżowego. Jednak w reakcji uczestniczyły tylko halogenki arylowe zawierające grupę kierującą w pozycji sąsiadującej z halogenem.
Niedawno ci sami naukowcy odkryli, że jeśli warunki reakcji zostaną starannie dobrane, grupa kierująca staje się zbędna. Chemicy przeprowadzili reakcję w następujący sposób: zmieszali chlorek arylu, ester kwasu boronowego, bromek magnezu, bromek metylomagnezu, bromek żelaza (+3) i źródło ligandu karbenowego w mieszaninie dioksanu i 2-metylotetrahydrofuranu. Następnie naukowcy podgrzewali mieszaninę przez kilka godzin w temperaturze 100 stopni Celsjusza – i otrzymali produkt sprzęgania krzyżowego. Jak zauważają chemicy, w większości eksperymentów powstawał produkt uboczny homosprzęgania cząsteczek estru boronowego, który należało rozdzielić metodą chromatografii.
Naukowcy wykazali ponadto, że ich reakcja działa w przypadku wielu pochodnych boru i chlorków arylu, a w niektórych przypadkach wydajność konwersji sięga 90 procent. Jeśli jednak jeden z materiałów wyjściowych zawierał grupę karbonylową lub niepodstawioną grupę aminową, pożądany produkt nie powstawał.
Chemicy odkryli więc nową metodę przeprowadzania reakcji Suzuki, wykorzystującą katalizator żelazny. Naukowcy nie ustalili jeszcze, który kompleks pełni rolę cząstki katalitycznie aktywnej. Sugerują jednak, że w pierwszym etapie reakcji żelazo jest redukowane do stopnia utlenienia +1, a następnie utleniająco dodaje chlorek arylu.
Wcześniej mówiliśmy o tym, jak chemicy nauczyli się otrzymywać diaryloaminy poprzez modyfikację reakcji Suzuki.