Mystères catalytiques dévoilés : premier

Par Institute for Basic Science10 août 2023

Des chercheurs de l'Institut des sciences fondamentales (IBS) ont confirmé expérimentalement la structure et les propriétés d'un intermédiaire métal de transition-nitrénoïde produit lors de réactions d'amination catalytique. Crédit : Institut des sciences fondamentales

Sous la direction du directeur Chang Sukbok, l'équipe de recherche du Centre de fonctionnalisation catalytique des hydrocarbures de l'Institut des sciences fondamentales (IBS) a réalisé des progrès significatifs dans la compréhension de la structure et de la réactivité d'un intermédiaire clé dans les réactions catalytiques. Cet intermédiaire, appelé métal de transition nitrénoïde, joue un rôle essentiel dans la transformation des hydrocarbures en amides, substances importantes dans les domaines pharmaceutique et de la science des matériaux.

Dans les réactions chimiques, les intermédiaires sont des substances formées et consommées lors de la transformation des réactifs en produits. La compréhension de ces intermédiaires est donc cruciale pour améliorer les voies réactionnelles et développer des catalyseurs efficaces. Par exemple, les composés contenant de l’azote constituent la base d’environ 90 % des produits pharmaceutiques et sont essentiels à la science des matériaux. Par conséquent, il est très important d’identifier les intermédiaires impliqués dans les réactions d’amination, où des groupes fonctionnels à base d’azote sont introduits dans les matières premières hydrocarbonées.

Les espèces métal-acylnitrénoïdes sont proposées comme intermédiaire catalytique clé, ce qui conduit à de précieuses molécules contenant de l'azote, notamment les lactames et les acrylamides, qui sont reconnus comme des échafaudages importants dans les produits pharmaceutiques et les produits naturels bioactifs. Crédit : Institut des sciences fondamentales

Les chercheurs ont reconnu l’importance de comprendre la structure et les propriétés des intermédiaires de réaction dans les réactions d’amination. En particulier, les réactions utilisant des catalyseurs de métaux de transition et des réactifs à la dioxazolone se sont révélées très utiles pour la chimie médicinale et la science des matériaux, avec plus de 120 groupes de recherche dans le monde contribuant au développement de ce domaine.

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"}]"> les espèces sont notoirement difficiles à étudier en raison de leur nature très réactive, qui ne leur permet d’exister que pendant un instant éphémère. De plus, les réactions catalytiques traditionnelles se produisent souvent dans une solution, où les substances intermédiaires réagissent rapidement avec d'autres molécules, ce qui les rend encore plus difficiles à étudier.

En utilisant le monocristal du complexe de coordination de la dioxazolone lié au rhodium, les chercheurs ont observé les espèces recherchées de rhodium-acylnitrénoïde via une analyse photocristallographique. Lorsque la dioxazolone réagit avec des catalyseurs de métaux de transition pour former des acylnitrénoïdes métalliques, une molécule de CO2 est extrudée. Ici, dans la structure cristalline observée, la molécule de CO2 réside bien entre le Rh-nitrénoïde généré et le contre-anion. Crédit : Institut des sciences fondamentales

Pour relever ce défi, l’équipe IBS a conçu une approche expérimentale utilisant la photocristallographie aux rayons X. En outre, ils se sont également concentrés sur le suivi des réactions chimiques à l’état solide plutôt que dans des solutions liquides. À cette fin, ils ont développé un nouveau complexe de rhodium chromophore avec un ligand dioxazolone bidenté, où le transfert de charge photoinduit métal-ligand initie l'amidation catalytique C – H de sources d'hydrocarbures telles que le benzène.