Un catalyseur métallique qui donne des squelettes moléculaires distincts à base de carbone lors du changement de ligand peut débloquer des résultats rentables, voie verte synthétique

Un catalyseur au nickel est prévu pour étendre la boîte à outils du chimiste, conduisant à de nouveaux intermédiaires clés dans la synthèse de produits naturels et pharmaceutiques.

Des chercheurs de KAUST ont développé une approche synthétique qui forme une liaison carbone-carbone entre un précurseur typiquement inerte et un hydrocarbure contenant du bore, ou un alkylborane, à l'aide d'un catalyseur au nickel.

Selon le type de ligands décorant le catalyseur, cette réaction de couplage croisé a produit des composés aromatiques à fonction alkyle. Ces chaînes portent des atomes de carbone et d'hydrogène, ou des cétones, dans lequel une unité carbone-oxygène à double liaison, connu sous le nom de groupe carbonyle, est positionné entre les parties aromatique et alkyle.

Généralement, les réactions de couplage croisé reposent sur des catalyseurs au palladium pour générer des squelettes moléculaires à base de carbone. La plupart des méthodes ont des composés aromatiques contenant un halogénure, tels que l'iodure ou le bromure, qui sont associés à des boranes aromatiques pour construire des molécules asymétriques. Cependant, ces méthodes à base d'halogénures produisent des déchets corrosifs. Une alternative verte aux halogénures sont des composés naturellement abondants à base de carbonyle appelés esters, mais ceux-ci sont inactifs dans les réactions de couplage croisé catalysées par le palladium qui impliquent l'élimination du monoxyde de carbone.

Pour résoudre ce problème, l'équipe dirigée par Magnus Rueping et Luigi Cavallo a créé un catalyseur au nickel qui active le couplage croisé d'esters aromatiques et d'alkyl boranes. Dans cette réaction, l'ester fournit la partie aromatique du produit avec ou sans groupe carbonyle, tandis que le borane est le précurseur alkyle.

Les chercheurs ont démontré que la réaction a donné une famille de produits différente lorsqu'ils sont passés d'un type de ligand phosphore à un autre. Spécifiquement, en présence d'un ligand monodenté, qui est attaché au centre de nickel par une simple liaison, la réaction a donné des dérivés cétoniques. En revanche, les ligands qui ont formé deux liaisons avec le métal ont favorisé la production d'arènes d'alkyle. "Ces résultats expérimentaux n'étaient pas faciles à expliquer, " dit Rueping. " Par conséquent, nous avons utilisé des études informatiques pour nous aider à comprendre le mécanisme moléculaire et la voie de réaction."

Cette approche accordable s'est avérée s'appliquer à une large gamme de boranes et d'esters, tels que les dérivés aromatiques de type benzène et contenant des hétéroatomes. Il a généré des intermédiaires essentiels dans la synthèse de produits naturels, tels que les potentiels antidépresseurs de nouvelle génération, et un puissant antagoniste des protéines d'adhésion cellulaire importantes connues sous le nom d'intégrines.

"Ces résultats étaient passionnants car la plupart des chercheurs ne se seraient pas attendus à ce que cette réaction sélective de site inhabituelle puisse être obtenue en changeant simplement les ligands du complexe métallique, " dit Rueping. Son équipe étudie actuellement d'autres catalyseurs métalliques pour simplifier la synthèse de produits naturels et de molécules fonctionnelles.