Los enlaces carbono-hidrógeno en los alcanos, particularmente aquellos en los extremos de las moléculas, donde cada carbono tiene tres átomos de hidrógeno unidos a él, son muy difíciles de "romper" si desea reemplazar los átomos de hidrógeno con otros átomos. Metano (CH ₄ ) y etano (CH ₃ CH ₃ ) se componen, exclusivamente, de átomos de hidrógeno tan estrechamente unidos. En el diario Angewandte Chemie , un equipo de investigadores ha descrito ahora cómo rompen estos enlaces mientras forman nuevos enlaces carbono-nitrógeno (amidación).

Si fuera posible romper fácilmente los enlaces C-H en los hidrocarburos, sería posible sintetizar moléculas orgánicas complejas, como productos farmacéuticos, mucho más conveniente y directamente del petróleo. Esta estrategia también podría proporcionar más vías para reciclar los desechos plásticos. La formación de enlaces carbono-nitrógeno es de particular interés porque estos juegan un papel importante en los productos naturales. Por ejemplo, Los enlaces amida unen los aminoácidos individuales en proteínas.

Aunque ha habido cierto éxito en la funcionalización de hidrocarburos pesados, incluso en las posiciones finales, los enlaces C-H particularmente fuertes de los alcanos ligeros, especialmente metano, Difícilmente se puede dividir en absoluto. El uso de estos componentes primarios del gas natural como bloques de construcción sintéticos es especialmente deseable, ya que permitiría el uso de este subproducto a menudo desperdiciado de la extracción de aceite.

Un equipo dirigido por Ana Caballero y Pedro J. Pérez (Universidad de Huelva, España), así como John F. Hartwig (Universidad de California, Berkeley, U.S.) ahora ha acoplado con éxito amidas (compuestos orgánicos que contienen nitrógeno) a alcanos ligeros con pérdida de un átomo de hidrógeno. Los productos de estas amidaciones deshidrogenantes se conocen como N-alquil amidas.

El punto de partida para este enfoque fue la amidación de enlaces C – H en alcanos pesados ​​con un catalizador a base de cobre y peróxido de di-terc-butilo como agente oxidante. desarrollado hace varios años por el grupo Hartwig. La variación del catalizador condujo al éxito. Si el cobre tiene ligandos de tipo fenantrolina (un aromático, sistema que contiene nitrógeno de tres anillos de seis miembros), es posible producir altos rendimientos en la reacción de etano con benzamida —así como con otras amidas— usando benceno como solvente. La reacción también funcionó cuando se utilizó como disolvente dióxido de carbono supercrítico, una opción más respetuosa con el medio ambiente. La reacción con el etano es una formación inusual de enlaces C-N con un enlace C-H primario no activado.

Propano, n-butano, e isobutano dio resultados similares. En los alcanos de luz, la reactividad se correlaciona significativamente más con la energía de disociación de los enlaces C – H que en los alcanos superiores.

¿Y metano? Incluso el candidato más difícil (nunca antes se había observado amidación del metano) podría acoplarse a la amida. Se utilizaron experimentos isotópicos para demostrar que el metano reacciona para formar N-metilbenzamida.