La réaction de Suzuki-Miyaura est un procédé chimique bien connu dans lequel une réaction entre des acides organiques boroniques et des halogénures d'aryle conduit à la synthèse de composés "biaryle", qui sont des composants importants de divers médicaments et produits chimiques. C'est ce qu'on appelle aussi le couplage croisé, lorsque deux molécules d'aryle sont combinées, ou en couplage croisé, dans ce processus. Parce que les molécules aromatiques organiques - qui se forment à la suite de cette réaction - ont des applications diverses, comme dans les solvants et les médicaments, trouver un moyen d'optimiser les réactions de couplage croisé existantes est crucial. C'est pourquoi, dans une nouvelle étude publiée dans Catalyseurs ACS , une équipe de scientifiques du Japon, dont Junior Assoc Prof Yuichiro Mutoh et Prof Shinichi Saito de l'Université des sciences de Tokyo, voulait vérifier si cette réaction peut être rendue plus efficace.

Acide boronique organique "protégé", qui est un acide boronique organique avec un "groupe masquant, ' est fréquemment utilisé comme précurseur de l'acide boronique dans la réaction de Suzuki-Miyaura. Parce que la réactivité de l'acide boronique protégé est faible, il ne participe pas à cette réaction. Ainsi, le groupe masquant doit être retiré pour que la réaction se déroule, ce qui ajoute une autre étape au processus. Cela a amené ces scientifiques à se demander :et si les molécules masquées étaient directement utilisées dans la réaction ? Cela nous conduirait à une vitesse beaucoup plus rapide, technique moins chère !

Le professeur Saito explique, "Parce que l'élimination du groupe masquant est nécessaire pour fournir les acides boroniques latents qui s'engagent dans les réactions ultérieures de Suzuki-Miyaura, l'utilisation directe de l'acide boronique protégé dans une réaction de Suzuki-Miyaura serait hautement souhaitable en termes de nombre d'étapes et d'économie d'atomes. Cela aiderait à rationaliser la synthèse de molécules complexes. » Le seul défi était que jusqu'à présent, il n'y avait aucun moyen connu d'utiliser directement des acides boroniques protégés sans enlever d'abord le groupe masquant, Et ainsi, les scientifiques se sont mis à trouver des moyens de le faire.

Les scientifiques savaient que le processus nécessitait un catalyseur au palladium (une molécule ou un composé pouvant accélérer une réaction), un socle, et deux molécules d'aryle de départ. Ils ont ensuite vérifié si la réaction avait lieu avec une molécule protégée. Pour commencer, ils ont examiné l'impact de diverses bases sur la réaction. Ils ont vu que lorsqu'une base de potassium particulière, appelé KOτ-Bu, a été utilisé, il en a résulté un rendement élevé de produits, et cet effet comme pas vu avec d'autres bases. Puis, ils ont testé divers catalyseurs à base de palladium et ont constaté que tous les catalyseurs produisaient un rendement similaire, indiquant que des systèmes catalytiques courants à base de palladium peuvent être utilisés pour le couplage croisé. Cela les a amenés à conclure que la base KOτ-Bu jouait un rôle crucial si l'on devait utiliser directement l'acide boronique protégé.

Après plus d'une douzaine de réactions Suzuki-Miyaura réussies avec un rendement élevé pour différents composés biaryles, l'équipe a mené des expériences de « contrôle » pour vérifier d'autres variables et mieux comprendre les mécanismes sous-jacents de la base KOτ-Bu. Spécifiquement, ils ont vérifié si les espèces chimiques étaient présentes dans le mélange réactionnel avant la fin de la réaction, qui a mis au jour un composé intermédiaire impliquant la base KOτ-Bu et le réactif acide boronique. En utilisant des techniques telles que la spectroscopie RMN et l'analyse par diffraction des rayons X sur monocristal, les scientifiques ont confirmé que la clé du succès de ces réactions de couplage croisé est l'utilisation de KOτ-Bu comme base, car il permet la formation d'un borate actif, indispensable à la réaction.

La méthodologie découverte dans cette étude donne un aperçu de la réaction de Suzuki-Miyaura et propose une nouvelle façon de minimiser les étapes nécessaires à l'utilisation d'acides boroniques protégés. L'ensemble du processus d'obtention des molécules de biaryle a été réalisé dans un seul pot, ce qui est avantageux en termes d'espace et de coût. Le professeur Saito conclut, « Nous avons développé un moyen pour que la réaction soit économique par étapes et par pot, caractéristiques qui ont fait l'objet d'une attention considérable ces dernières années. Ainsi, cette étude ouvre de nouvelles possibilités pour l'utilisation d'acides boroniques protégés dans diverses réactions de couplage."

Grâce à ses découvertes inédites, cette étude a même été sélectionnée pour faire la couverture du numéro de janvier 2020 de Catalyse ACS . Ces découvertes aideront, espérons-le, à simplifier la synthèse de molécules complexes importantes, y compris les médicaments pharmaceutiques, afin qu'un plus grand nombre de personnes puissent bénéficier des progrès des sciences chimiques.