Die Weiterentwicklung von Pharmazeutika hängt von der Fähigkeit ab, verschiedenste chemische Bindungen einzugehen. Diarylether, gekennzeichnet durch das Vorhandensein eines Sauerstoffatoms, das mit zwei Arylgruppen verbunden ist, sind eine Klasse organischer Verbindungen mit einem breiten Anwendungsbereich, insbesondere als Kühlmittel und Antiseptikum zur Vorbeugung von Infektionen. Insbesondere Diarylether waren Gegenstand von Forschungsinteresse, da sich ihre organische Synthese als schwierig erwiesen hat. Sie können aus Arylalkoholen oder Phenolen gebildet werden, wenn eine zweite Arylgruppe den alkoholischen Wasserstoff ersetzt. Die derzeitigen Methoden der Phenol-O-Arylierung sind jedoch ineffizient und verwenden seltene Übergangsmetallkatalysatoren (insbesondere die palladiumkatalysierte Kreuzkupplungsreaktion wurde 2010 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet). Darüber hinaus sind sie unselektiv, was bedeutet, dass viele verschiedene Nebenprodukte erzeugt werden, was die Effizienz und die Endausbeute der gewünschten organischen Verbindung verringert.
Nun hat ein Forscherteam der Ritsumeikan University, Japan, eine nachhaltigere Alternative zu Übergangsmetallkatalysatoren vorgeschlagen. In dieser Arbeit wird das Übergangsmetall durch ein leicht erhältliches und einfach zu synthetisierendes Ausgangsmaterial, Trimethoxyphenyl (TMP)-Iodonium(III)-Acetat, ersetzt. „Dieses Iodoniumsalz enthält zwei Schlüsselstrukturen, nämlich den TMP-Liganden und das Acetat-Gegenion, die zusammenarbeiten, um die Reaktivität der O-Arylierungsreaktion zu erhöhen und wiederum die Etherbindungsbildung zu verstärken, was zu deutlich höheren Ausbeuten an Diarylethern führt als in der Vergangenheit berichtet wurde. Es ist eine perfekte Teamarbeit“, erklärt Assistant Professor Kotaro Kikushima, der Erstautor der Studie. Dieses Papier wurde am 7. März 2022 online verfügbar gemacht und in Band 24, Ausgabe 10 der Zeitschrift veröffentlicht Organische Buchstaben am 18. März 2022.
Basierend auf den strukturellen Merkmalen von Phenyl(TMP)iodoniumacetat sagten die Forscher voraus, dass das Diaryliodoniumsalz eine hohe Reaktivität aufweisen würde. Dementsprechend wurde in ihrer Studie zum ersten Mal die Kombination der Trimethoxyphenylgruppe und des Acetatanions bestimmt, die zusammenwirken, um die Reaktivität des Phenolsauerstoffatoms zu erhöhen.
Die Vielfalt und Diversität von Verbindungen ist ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung von Methoden für eine grüne, nachhaltige Zukunft der Chemie. Um die allgemeine Natur dieser Methode zu testen, testete und verwendete das Team verschiedene organische funktionelle Gruppen für die O-Arylierung. Zu ihrer Freude stellten sie fest, dass die Methode extrem robust und tolerant gegenüber einer Vielzahl von funktionellen Gruppen war, was zu einer breiten Palette von Ethern führte, die mit deutlich höheren Ausbeuten als andere beschriebene Techniken synthetisiert wurden, ein wichtiger Aspekt für industrielle Anwendungen. Das Potenzial für die Skalierung dieses Verfahrens auf industrielle Anforderungen wurde auch durch die Durchführung der Reaktion im Grammmaßstab unter Beibehaltung einer hohen Effizienz demonstriert. Neben hohen Ausbeuten und nachhaltigen Ausgangsmaterialien zeigte das Verfahren einen weiteren Vorteil im Vergleich zu derzeitigen Techniken: erhöhte Selektivität. Die TMP-Gruppe steuerte die selektive Arylierung der anderen funktionellen Gruppe, was eine bessere Kontrolle und keine unerwünschten Nebenprodukte ermöglichte.
„Die vorliegende Methode würde einen kostengünstigen und robusten Zugang zu einer breiten Palette nützlicher organischer Moleküle unter umweltfreundlichen, nachhaltigen Bedingungen ohne die Notwendigkeit von Übergangsmetallkatalysatoren bieten. Unser nächstes Ziel ist es, den jodhaltigen Abfall zu recyceln und wiederzuverwenden, der entsteht als Nebenprodukt bei der Arylierung. Mit elektrochemischen oder photochemischen Methoden könnte dann das hypervalente Jod(III) nachhaltig wiederhergestellt werden, das dann in einer weiteren Arylierung verwendet werden könnte“, erklärt Professor Toshifumi Dohi, Co-Autor der Studie.
Das Hinzufügen dieser grünen Recyclingstrategien zur vorgestellten Arylierungsreaktion würde die ideale nachhaltige Synthesemethode für übergangsmetallfreie Bindungsbildungen ohne gefährlichen chemischen Abfall liefern, eine seismische Verschiebung in der Nachhaltigkeit der organischen Synthese. Angesichts der beeindruckenden Teamarbeit zwischen Liganden und Gegenionen, die demonstriert wurde, sah die Zukunft der organischen Chemie noch nie so grün aus.
Kotaro Kikushima et al, Liganden- und Gegenionen-unterstützte Phenol-O-Arylierung mit TMP-Iodonium(III)-acetaten, Organische Buchstaben (2022). DOI: 10.1021/acs.orglett.2c00294
Bereitgestellt von der Ritsumeikan-Universität