Chemicy z Wielkiej Brytanii odkryli, że kompleksy żelaza z N-heterocyklicznymi karbenami mogą katalizować reakcję sprzęgania Suzuki. W tym przypadku odczynnikami były estry aromatycznego kwasu borowego i chlorki arylu, a w wyniku reakcji powstały podstawione biaryle. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Nature Synthesis.
Reakcja Suzuki umożliwia 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 sprawdzić, czy możliwe jest przeprowadzenie reakcji Suzuki 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 przewodnia okaże się niepotrzebna. Chemicy przeprowadzili reakcję w następujący sposób: zmieszali chlorek arylu, eter kwasu boronowego, bromek magnezu, bromek metylomagnezu, bromek żelaza (+3) i źródło ligandu karbenowego w mieszaninie dioksanu i 2-metylotetrahydrofuranu. Następnie naukowcy podgrzewali mieszankę przez kilka godzin w temperaturze 100 stopni Celsjusza — i otrzymali produkt będący kombinacją krzyżową. Jak zauważają chemicy, w większości eksperymentów produktem ubocznym był produkt homosprzęgania cząsteczek eteru boru, który należało rozdzielić metodą chromatografii.
Ponadto naukowcy wykazali, że ich reakcja działa z różnymi pochodnymi boru i chlorkami arylu, a wydajność konwersji w niektórych przypadkach 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 żelazowy. Naukowcy nie odkryli jeszcze, który kompleks jest cząstką katalitycznie aktywną. Zakładają jednak, że na 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.