Un simple catalyseur au fer peut remplacer le coûteux ruthénium dans une réaction qui peut être utilisée pour générer diverses bibliothèques de composés organiques complexes, trois chercheurs de l'université Keio l'ont montré1. Cette découverte promet de rendre moins cher la production de molécules organiques complexes telles que des matériaux électroniques organiques et des médicaments thérapeutiques.

Les molécules organiques se composent principalement d'atomes de carbone et d'hydrogène ainsi que de quelques autres « hétéroatomes », comme l'azote, l'oxygène ou le chlore. Les chimistes ont traditionnellement exploité la réactivité de ces hétéroatomes pour construire des produits complexes à partir de molécules de départ simples. Cette approche, cependant, peut nécessiter de longues séquences de réactions pour installer le bon ensemble d'hétéroatomes pour une conversion particulière, rendant la synthèse coûteuse et chronophage.

Un moyen plus efficace de fabriquer des molécules organiques consiste à manipuler directement les liaisons carbone-hydrogène d'une molécule. Connue sous le nom de fonctionnalisation des liaisons carbone-hydrogène, cette réaction consiste à rompre la liaison entre le carbone et l'hydrogène puis à échanger l'hydrogène avec un autre élément tel que le carbone, l'oxygène ou l'azote. Mais parce que les molécules organiques contiennent généralement de nombreuses liaisons de ce type, il est difficile de déclencher sélectivement une réaction uniquement au niveau de la liaison carbone-hydrogène souhaitée.

Une façon d'atteindre cette sélectivité est d'utiliser un catalyseur, mais ce sont souvent des métaux précieux chers comme le rhodium, palladium ou ruthénium. Il y a donc une forte poussée pour remplacer ces catalyseurs de métaux précieux par des catalyseurs moins chers fabriqués à partir de métaux abondants comme le fer.

Maintenant, Fumitoshi Kakiuchi et ses collègues Naoki Kimura et Takuya Kochi de l'Université Keio ont montré qu'un simple composé de fer catalyse l'alkylation carbone-hydrogène des cétones aromatiques avec des alcènes. Le composé de fer le fait en se liant au groupe cétone du cycle aromatique, qui dirige la molécule d'alcène entrante pour se fixer à la molécule adjacente, position « ortho » du cycle aromatique. Le trio a montré qu'une grande variété d'alcènes peut être utilisée pour cette réaction.

Des recherches antérieures avaient suggéré que le fer pourrait conduire cette transformation, mais le fer a été consommé dans le processus. "Ces précédentes réactions stoechiométriques nous ont donné des indices pour développer une alkylation ortho-sélective carbone-hydrogène catalysée par le fer des cétones aromatiques avec des alcènes, " explique Kakiuchi.

La prochaine frontière des réactions de fonctionnalisation carbone-hydrogène est de développer des catalyseurs « régiosélectifs » qui ciblent sélectivement une liaison carbone-hydrogène particulière sans avoir besoin d'un groupe directeur tel qu'une cétone. « La fonctionnalisation régiosélective carbone-hydrogène de composés aromatiques sans utiliser de groupe directeur est encore assez difficile, » note Kakiuchi. « Nous avons l'intention de développer ce type de fonctionnalisation carbone-hydrogène régiosélective à l'aide d'additifs ou de ligands.