Un catalizador de hierro simple puede reemplazar el costoso rutenio en una reacción que puede usarse para generar diversas bibliotecas de compuestos orgánicos complejos, han demostrado tres investigadores de la Universidad de Keio1. Este hallazgo promete abaratar la producción de moléculas orgánicas complejas, como materiales electrónicos orgánicos y fármacos terapéuticos.

Las moléculas orgánicas consisten principalmente en átomos de carbono e hidrógeno más algunos otros 'heteroátomos', como el nitrógeno, oxígeno o cloro. Los químicos han explotado tradicionalmente la reactividad de estos heteroátomos para construir productos complejos a partir de moléculas iniciales simples. Este enfoque, sin embargo, puede requerir largas secuencias de reacciones para instalar el conjunto correcto de heteroátomos para una conversión particular, haciendo que la síntesis sea costosa y requiera mucho tiempo.

Una forma más eficiente de producir moléculas orgánicas es manipular directamente los enlaces carbono-hidrógeno de una molécula. Conocido como funcionalización del enlace carbono-hidrógeno, esta reacción implica romper el enlace entre el carbono y el hidrógeno y luego intercambiar el hidrógeno con otro elemento como el carbono, oxígeno o nitrógeno. Pero debido a que las moléculas orgánicas normalmente contienen muchos de estos enlaces, es difícil desencadenar selectivamente una reacción solo en el enlace carbono-hidrógeno deseado.

Una forma de lograr esta selectividad es utilizar un catalizador, pero a menudo se trata de metales preciosos caros como el rodio, paladio o rutenio. Por lo tanto, existe un fuerte impulso para reemplazar estos catalizadores de metales preciosos con catalizadores más baratos hechos de baratos, abundantes metales como el hierro.

Ahora, Fumitoshi Kakiuchi y sus compañeros de trabajo Naoki Kimura y Takuya Kochi en la Universidad de Keio han demostrado que un compuesto de hierro simple cataliza la alquilación de carbono-hidrógeno de cetonas aromáticas con alquenos. El compuesto de hierro hace esto uniéndose al grupo cetona del anillo aromático, que dirige la molécula de alqueno entrante para que se una a la adyacente, posición "orto" del anillo aromático. El trío mostró que se puede usar una amplia variedad de alquenos para esta reacción.

Investigaciones anteriores habían sugerido que el hierro podría impulsar esta transformación, pero el hierro se consumió en el proceso. "Estas reacciones estequiométricas precedentes nos dieron pistas para desarrollar la alquilación orto-selectiva de carbono e hidrógeno catalizada por hierro de cetonas aromáticas con alquenos, "Explica Kakiuchi.

La próxima frontera de las reacciones de funcionalización carbono-hidrógeno es desarrollar catalizadores "regioselectivos" que se dirigen selectivamente a un enlace carbono-hidrógeno particular sin necesidad de un grupo director como una cetona. "La funcionalización regioselectiva carbono-hidrógeno de compuestos aromáticos sin utilizar un grupo director sigue siendo bastante difícil, "Observa Kakiuchi." Tenemos la intención de desarrollar este tipo de funcionalización regioselectiva carbono-hidrógeno utilizando aditivos o ligandos ".