Misteri catalitici svelati: primo

Da Institute for Basic Science10 agosto 2023

I ricercatori dell'Istituto per le scienze di base (IBS) hanno confermato sperimentalmente la struttura e le proprietà di un intermedio metallo di transizione-nitrenoide prodotto durante le reazioni di amminazione catalitica. Credito: Istituto per le scienze di base

Sotto la guida del direttore Chang Sukbok, il gruppo di ricerca del Centro per la funzionalizzazione degli idrocarburi catalitici presso l'Istituto per le scienze di base (IBS) ha ottenuto un progresso significativo nella comprensione della struttura e della reattività di un intermedio chiave nelle reazioni catalitiche. Questo intermedio, denominato metallo-nitrenoide di transizione, svolge un ruolo fondamentale nella trasformazione degli idrocarburi in ammidi, sostanze importanti nel campo farmaceutico e della scienza dei materiali.

Nelle reazioni chimiche, gli intermedi sono sostanze che si formano e si consumano durante la trasformazione dei reagenti in prodotti. Pertanto, comprendere questi intermedi è fondamentale per migliorare i percorsi di reazione e sviluppare catalizzatori efficienti. Ad esempio, i composti contenenti azoto costituiscono la spina dorsale di circa il 90% dei prodotti farmaceutici e sono essenziali nella scienza dei materiali. Pertanto, è estremamente importante identificare gli intermedi coinvolti nelle reazioni di amminazione, in cui gruppi funzionali a base di azoto vengono introdotti nelle materie prime idrocarburiche.

La specie metallo-acilnitrenoide viene proposta come intermedio catalitico chiave, che porta a preziose molecole contenenti azoto, tra cui lattami e acrilammidi, che sono riconosciute come importanti impalcature nei prodotti farmaceutici e nei prodotti naturali bioattivi. Credito: Istituto per le scienze di base

I ricercatori hanno riconosciuto l'importanza di comprendere la struttura e le proprietà degli intermedi di reazione nelle reazioni di amminazione. In particolare, le reazioni che utilizzano catalizzatori di metalli di transizione e reagenti diossazolone si sono rivelate molto utili per la chimica medicinale e la scienza dei materiali, con oltre 120 gruppi di ricerca in tutto il mondo che contribuiscono allo sviluppo di questo campo.

The key to understanding these reactions at the fundamental level lay in the ability to study the reaction intermediate that forms when a transition-metal catalyst binds to the dioxazolone reagent – known as metal-acylnitrenoid. These intermediate speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Le specie sono notoriamente difficili da studiare a causa della loro natura altamente reattiva, che consente loro di esistere solo per un momento fugace. Inoltre, le reazioni catalitiche tradizionali spesso avvengono in soluzione, dove le sostanze intermedie reagiscono rapidamente con altre molecole, rendendole ancora più difficili da studiare.

Utilizzando il singolo cristallo del complesso di coordinazione del dioxazolone legato al rodio, i ricercatori hanno osservato le ricercate specie di rodio-acilnitrenoidi tramite analisi fotocristallografica. Quando il dioxazolone reagisce con catalizzatori di metalli di transizione per formare metalli-acilnitrenoidi, viene estrusa una molecola di CO2. Qui, nella struttura cristallina osservata, la molecola di CO2 risiede bene tra il Rh-nitrenoide generato e il controanione. Credito: Istituto per le scienze di base

Per affrontare questa sfida, il team IBS ha ideato un approccio sperimentale utilizzando la fotocristallografia a raggi X. Inoltre, si sono concentrati anche sul monitoraggio delle reazioni chimiche nello stato solido piuttosto che nelle soluzioni liquide. A questo scopo, hanno sviluppato un nuovo complesso cromoforo di rodio con un ligando diossazolone bidentato, dove il trasferimento di carica fotoindotto da metallo a ligando avvia l'ammidazione catalitica C – H di fonti di idrocarburi come il benzene.