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. Badania opublikowano w czasopiśmie Nature Synthesis.
Reakcja Suzuki umożliwia utworzenie wiązania węgiel-węgiel między dwiema cząsteczkami organicznymi — kwasem boronowym i halogenkiem. Różne kompleksy palladu (0) z fosfinami, N-heterocyklicznymi karbenami i innymi ligandami katalizują sprzęganie krzyżowe. W 2010 r. japoński chemik Akira Suzuki otrzymał Nagrodę Nobla za odkrycie tej reakcji.
Kilka lat temu chemicy pod przewodnictwem Robina B. Bedforda z University of Bristol 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 arylu reagowały z estrami kwasu borowego, tworząc produkt sprzęgania krzyżowego. Ale reagowały tylko halogenki arylu zawierające grupę kierującą w pozycji sąsiadującej z halogenem.
Niedawno ci sami naukowcy odkryli, że jeśli warunki reakcji zostaną starannie dobrane, grupa przewodnia będzie zbędna. Chemicy przeprowadzili reakcję w następujący sposób: zmieszali chlorek arylu, eter kwasu borowego, 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 krzyżowej kombinacji. Jak zauważają chemicy, w większości eksperymentów jako efekt uboczny powstawał produkt homosprzęgania cząsteczek eteru boru, który należało oddzielić chromatograficznie.
Ponadto naukowcy wykazali, że ich reakcja działa z różnymi pochodnymi boru i chlorkami arylu, a wydajność konwersji w niektórych przypadkach sięga 90 procent. Ale jeśli jeden z materiałów wyjściowych zawierał grupę karbonylową lub niepodstawioną grupę aminową, pożądany produkt nie powstawał.
W ten sposób chemicy odkryli nową metodę przeprowadzania reakcji Suzuki przy użyciu katalizatora żelazowego. Naukowcy nie odkryli jeszcze, który kompleks jest katalitycznie aktywną cząstką. Przyjmują 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.