La reacción de Suzuki-Miyaura es un proceso químico bien conocido en el que una reacción entre ácidos orgánicos borónicos y haluros de arilo conduce a la síntesis de compuestos "biarilo", que son componentes importantes de varios medicamentos y productos químicos. Esto también se llama acoplamiento cruzado, como se combinan dos moléculas de arilo, o acoplado cruzado, en este proceso. Debido a que las moléculas aromáticas orgánicas, que se forman como resultado de esta reacción, tienen varias aplicaciones, como en disolventes y fármacos, Encontrar una forma de optimizar las reacciones de acoplamiento cruzado existentes es crucial. Esta es la razón por, en un nuevo estudio publicado en Catalizadores ACS , un equipo de científicos de Japón, incluyendo al profesor asociado junior Yuichiro Mutoh y al profesor Shinichi Saito de la Universidad de Ciencias de Tokio, Quería comprobar si esta reacción se puede hacer más eficiente.

Ácido borónico orgánico "protegido", que es un ácido borónico orgánico con un 'grupo de enmascaramiento, 'se utiliza con frecuencia como precursor del ácido borónico en la reacción de Suzuki-Miyaura. Debido a que la reactividad del ácido borónico protegido es baja, no participa en esta reacción. Por lo tanto, el grupo de enmascaramiento debe eliminarse para que la reacción continúe, lo que agrega otro paso al proceso. Esto hizo que estos científicos se preguntaran:¿y si las moléculas enmascaradas se usaran directamente en la reacción? Nos llevaría a una mucho más rápida, técnica más barata!

El profesor Saito explica:"Debido a que la eliminación del grupo de enmascaramiento es necesaria para proporcionar los ácidos borónicos latentes que participan en las reacciones de Suzuki-Miyaura posteriores, el uso directo del ácido borónico protegido en una reacción de Suzuki-Miyaura sería muy deseable en términos de número de pasos y economía de átomos. Esto ayudaría a agilizar la síntesis de moléculas complejas ". El único desafío era que hasta ahora, no había forma conocida de usar directamente ácidos borónicos protegidos sin eliminar primero el grupo de enmascaramiento, y por lo tanto, los científicos se propusieron encontrar formas de hacer esto.

Los científicos sabían que el proceso requería un catalizador de paladio (una molécula o compuesto que puede acelerar una reacción), una base, y dos moléculas de arilo de partida. Procedieron a comprobar si la reacción se produce con una molécula protegida. Para empezar, examinaron el impacto de varias bases en la reacción. Vieron que cuando una base de potasio en particular, llamado KOτ-Bu, se utilizó, resultó en un alto rendimiento de productos, y este efecto como no se ve con otras bases. Luego, probaron varios catalizadores a base de paladio y vieron que todos los catalizadores producían un rendimiento similar, lo que indica que se pueden usar sistemas catalíticos basados ​​en paladio comunes para el acoplamiento cruzado. Esto les llevó a concluir que la base KOτ-Bu desempeñaba un papel crucial si se iba a utilizar ácido borónico protegido directamente.

Después de más de una docena de reacciones de Suzuki-Miyaura exitosas con alto rendimiento para diferentes compuestos de biarilo, el equipo llevó a cabo experimentos de "control" para verificar otras variables y obtener información sobre los mecanismos subyacentes de la base KOτ-Bu. Específicamente, comprobaron si las especies químicas estaban presentes en la mezcla de reacción antes de que la reacción se completara, que descubrió un compuesto intermedio que involucra la base KOτ-Bu y el reactivo de ácido borónico. Utilizando técnicas como la espectroscopia de RMN y el análisis de difracción de rayos X de cristal único, los científicos confirmaron que la clave del éxito de estas reacciones de acoplamiento cruzado es el uso de KOτ-Bu como base, ya que permite la formación de un borato activo, esencial para la reacción.

La metodología descubierta en este estudio proporciona información sobre la reacción de Suzuki-Miyaura y propone una forma novedosa en la que se pueden minimizar los pasos necesarios para utilizar ácidos borónicos protegidos. Todo el proceso para obtener moléculas de biarilo se llevó a cabo en un solo bote, lo cual es ventajoso en términos de espacio y costo. El profesor Saito concluye:"Desarrollamos una forma para que la reacción sea económica por pasos y por bote, características que han recibido una atención considerable en los últimos años. Por lo tanto, este estudio abre nuevas posibilidades para el uso de ácidos borónicos protegidos en diversas reacciones de acoplamiento ".

Debido a sus novedosos hallazgos, este estudio incluso fue seleccionado para estar en la portada de la edición de enero de 2020 de Catálisis ACS . Se espera que estos hallazgos ayuden a simplificar la síntesis de importantes moléculas complejas, incluidos los medicamentos farmacéuticos, para que más personas puedan beneficiarse de los avances en las ciencias químicas.