Chemicy z Wielkiej Brytanii odkryli, że kompleksy żelaza z N-heterocyklicznymi karbenami mogą katalizować sprzęganie krzyżowe Suzuki. W tym przypadku reagentami były aromatyczne estry kwasu boronowego 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 boronowym i halogenkiem. Różne kompleksy palladu (0) z fosfinami, N-heterocyklicznymi karbenami i innymi ligandami katalizują sprzęganie krzyżowe. W 2010 roku japoński chemik Akira Suzuki otrzymał Nagrodę Nobla za odkrycie tej reakcji.
Kilka lat temu chemicy pod kierunkiem 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 arylu reagowały z estrami kwasu boronowego, tworząc produkt sprzęgania krzyżowego. Ale w reakcji brały udział 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 boronowego, bromek magnezu, bromek metylomagnezu, bromek żelaza (+3) i źródło liganda karbenowego w mieszaninie dioksanu i 2-metylotetrahydrofuranu. Następnie naukowcy ogrzewali mieszaninę przez kilka godzin w temperaturze 100 stopni Celsjusza i uzyskali produkt będący kombinacją krzyżową. Jak zauważają chemicy, w większości eksperymentów jako efekt uboczny powstawał produkt homosprzęgania cząsteczek eteru boru, który należało oddzielić za pomocą chromatografii.
Ponadto naukowcy wykazali, że ich reakcja przebiega 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 powstał.
W ten sposób chemicy odkryli nową metodę prowadzenia reakcji Suzuki przy użyciu katalizatora żelaznego. Badacze nie ustalili jeszcze, który kompleks jest cząstką aktywną katalitycznie. Zakładają jednak, że na pierwszym etapie reakcji żelazo redukuje się do stopnia utlenienia +1, a następnie utleniająco dodaje chlorek arylu.
Wcześniej rozmawialiśmy o tym, jak chemicy nauczyli się otrzymywać diaryloaminy, modyfikując reakcję Suzuki.