Niedroga synteza związków organicznych

Stosowanie wartościowych metali, jak pallad, złoto, iryd i rod w roli katalizatorów pozwoliło uzyskać ogromne postępy w dziedzinie syntezy organicznej. Metale te jednak należą do najrzadziej występujących i najdroższych pierwiastków na ziemi. Innym metalem wykorzystywanym w niektórych reakcjach jest cyna, która jest jednak toksyczna i z perspektywy środowiskowej może być szkodliwa.

Chemia organiczna może skorzystać, biorąc przykład z przyrody w procesie tworzenia cząsteczek poprzez wykorzystanie reaktywności powszechniej występujących metali do produkcji związków z zawartością węgla. W ramach finansowanego przez UE projektu "Redox ligands and iron complexes for sustainable catalysis" (FESUSTCAT) przyjrzano się katalizatorom na bazie żelaza w kilku ważnych typach reakcji.

Związki sklasyfikowane jako heterocykliczne, cykliczne i zawierające dwa lub więcej typów atomów, są przypuszczalnie największą i najbardziej zróżnicowaną klasą związków organicznych. Naukowcy zbadali aktywność znanego katalizatora żelazowego w reakcjach cykloizomeryzacji, w których jeden związek przekształcany jest w inny zawierający te same atomy, jednak w innym rozmieszczeniu. Opracowali także szereg nowatorskich katalizatorów na bazie żelaza i scharakteryzowali ich aktywność w cykloizomeryzacji.

Powstały metody pozwalające wykorzystać nowatorskie katalizatory na bazie żelaza w reakcjach redukcyjnej cyklizacji rodnikowej i addycji rodnikowej z przeniesieniem atomu. Cyklizacja rodnikowa to powstawanie struktur cyklicznych za pośrednictwem wysoce reaktywnych półproduktów wolnych rodników. Addycja rodnikowa z przeniesieniem atomu to sposób na kształtowanie wiązań węglowo-węglowych z użyciem katalizatora metalowego. Oba typy reakcji mają zastosowanie w przemyśle. Naukowcy zademonstrowali, że żelazo jest obiecującym i nieszkodliwym dla środowiska wymiennikiem pozostawiającej toksyczne pozostałości cyny w reakcjach wolnorodnikowych.

Zwiększyli także ogólne zrozumienie warunków reakcji, ukazując korzyści zastosowania katalizatorów na bazie żelaza. Przyszłe wykorzystanie żelaza może zwiększyć bezpieczeństwo i obniżyć koszty metod syntetyzowania związków heterocyklicznych, co przyniesie ważne korzyści gospodarce UE.