Les réactifs insolubles sont à peine réactifs en solution, mais peut réagir dans des systèmes sans solvant utilisant le broyage à billes pour entraîner des réactions chimiques à l'état solide. Crédits :Tamae Seo, et al. Journal de l'American Chemical Society . 30 mars 2021
Des scientifiques de l'Université d'Hokkaido ont développé une méthode rapide, protocole efficace pour les réactions de couplage croisé, élargissant considérablement le pool de produits chimiques pouvant être utilisés pour la synthèse de composés organiques utiles.
Les réactions chimiques sont un processus vital dans la synthèse de produits à diverses fins. Pour la plupart, ces réactions sont réalisées en phase liquide, en dissolvant les réactifs dans un solvant. Cependant, il existe un nombre important de produits chimiques partiellement ou totalement insolubles, et n'ont donc pas été utilisés pour la synthèse. Les matières premières nécessaires à la synthèse de nombreux matériaux organiques de pointe, tels que les semi-conducteurs organiques et les matériaux luminescents, sont souvent peu solubles, conduisant à des problèmes dans la synthèse basée sur les solutions. Par conséquent, le développement d'une approche synthétique indépendante du solvant pour surmonter ces problèmes de solubilité de longue date dans la synthèse organique est fortement souhaité pour synthétiser de nouvelles molécules organiques précieuses.
Dans les années récentes, des techniques de synthèse par broyage à boulets ont été utilisées pour réaliser des réactions sans solvant en phase solide. Il a été proposé que l'utilisation du broyage à billes permettrait potentiellement de surmonter les problèmes de solubilité susmentionnés en chimie de synthèse, mais une étude systématique à cette fin n'a jamais été réalisée.
Une équipe de quatre scientifiques de l'Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) de l'Université d'Hokkaido, dirigé par le professeur agrégé Koji Kubota et le professeur Hajime Ito, ont développé un rapide, efficace, protocole sans solvant pour la réaction de couplage croisé Suzuki-Miyaura d'halogénures d'aryle insolubles. Le protocole a été publié dans le Journal de l'American Chemical Society .
Lorsque le pigment violet 23, l'un des halogénures d'aryle majoritairement insolubles, a été soumis à la réaction avec un aryl bore nucléophile à 120 °C dans un broyeur à boulets en présence du système catalytique à base de palladium, il a été converti en un produit 3u qui était fortement photoluminescent lorsqu'il était dissous dans du dichlorométhane. Crédits :Tamae Seo, et al. Journal de l'American Chemical Society . 30 mars 2021
Les halogénures d'aryle sont des matières premières populaires pour la synthèse de molécules organiques fonctionnelles, principalement par la réaction de couplage croisé Suzuki-Miyaura catalysée par le palladium, pour laquelle le professeur émérite de l'Université d'Hokkaido, Akira Suzuki, a partagé le prix Nobel de chimie 2010. Bien que les réactions de couplage croisé aient été utilisées pour la synthèse d'une large gamme de molécules précieuses, les halogénures d'aryle insolubles ne sont pas des substrats appropriés car les réactions de couplage croisé de Suzuki-Miyaura ont été principalement effectuées en solution.
Compte tenu de cette limite, les scientifiques se sont concentrés sur le développement d'un couplage croisé Suzuki-Miyaura à l'état solide efficace d'un certain nombre d'halogénures d'aryle insolubles extrêmement peu réactifs. L'équipement clé consistait en un broyeur à boulets, pour mélanger les réactifs; un pistolet thermique, augmenter la température à laquelle les réactions ont eu lieu; et l'utilisation d'un système catalytique composé d'acétate de palladium (le catalyseur), SPhos (un ligand haute performance pour les réactions de couplage croisé Suzuki-Miyaura) et 1, 5-cyclooctadiène (dispersant et stabilisant).
La pierre angulaire de cette étude était l'application de la réaction à l'état solide sans solvant à des halogénures d'aryle principalement insolubles. Ces réactifs n'ont donné aucun produit dans les réactions classiques en solution. Les réactions à l'état solide utilisant le broyage à billes à haute température, cependant, a donné les produits désirés. Surtout, l'équipe a découvert un nouveau matériau de photoluminescence puissant préparé à partir de pigment violet insoluble 23.
« La technique de broyage à billes à haute température et notre système catalytique sont essentiels pour ces réactions de couplage croisé d'halogénures d'aryle insolubles, et le protocole que nous avons développé élargit la diversité des molécules organiques issues de matières premières insolubles, " dit Koji Kubota.
