如何在化學(xué)合成中減少稀有金屬的需要

11月19日在《自然》雜志上發(fā)表的評(píng)論表明，COV-ID-19大流行已經(jīng)破壞了與化學(xué)工業(yè)相關(guān)的各種稀有金屬的供應(yīng)鏈。數(shù)百座礦山和工廠已經(jīng)關(guān)閉，許多國(guó)家的邊界??比大流行之前更加嚴(yán)格。解決供應(yīng)鏈中斷的方法是開發(fā)不使用稀有金屬的合成協(xié)議。此處描述的研究是這項(xiàng)工作的重要組成部分，將有助于使化學(xué)合成對(duì)子孫后代更具可持續(xù)性。 

藥品，塑料和許多其他化學(xué)產(chǎn)品已經(jīng)改變了人類的生活。為了制備這些產(chǎn)品，化學(xué)家經(jīng)常在合成的各個(gè)階段使用催化劑(通常基于稀有金屬)。盡管稀有金屬催化劑非常有用，但其有限的供應(yīng)量意味著使用是不可持續(xù)的。合成化學(xué)家需要替代方案。

在近在Angewandte Chemie上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，金澤大學(xué)的研究人員報(bào)告了這種替代方法。他們對(duì)制藥和其他合成中常見的多種化學(xué)反應(yīng)的研究將為建立更可持續(xù)的化學(xué)工業(yè)鋪平道路。

通訊作者大宮博久解釋說：“反應(yīng)的范圍很廣。” “例如，用各種芳香環(huán)取代硼酸酯的苯基是成功的，親電試劑可以是各種各樣的環(huán)和線性鏈。”

隨后的研究用各種芳基腈，芳基醚和芳基氟化物代替了仲烷基氯。這些反應(yīng)中有許多是成功的，例如與4-氰基吡啶和4-氟苯基苯的反應(yīng)。

2010年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了研究人員，他們使用基于鈀金屬的催化劑進(jìn)行常見的化學(xué)反應(yīng)，稱為交叉偶聯(lián)。這樣的催化劑在合成所謂的擁擠的季碳中心方面非常有效，這在農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)中普遍使用。但是，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性，研究人員需要稀土金屬催化劑的替代品。

該研究的通訊作者Hirohisa Ohmiya說：“我們使用芐基有機(jī)硼酸酯來進(jìn)行芳基或烷基親電試劑的叔烷基化交叉偶聯(lián)。” “我們的程序不使用稀有元素，是通往四級(jí)碳中心的直接途徑。”

研究人員的初步研究包括叔丁基硼酸酯，該叔丁基硼酸酯首先被烷氧基鉀堿活化成為芐基陰離子。然后，該陰離子與仲烷基氯親電試劑發(fā)生交叉偶聯(lián)反應(yīng)。