Osservando il lungo

20 luglio 2023

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dall'Istituto per le Scienze di Base

I ricercatori dell’Institute for Basic Science (IBS) in Corea del Sud hanno fatto una scoperta rivoluzionaria identificando la struttura e la reattività degli intermedi rodio-acilnitrenoidi nelle reazioni catalitiche di amminazione degli idrocarburi. Studiando il complesso di coordinazione rodio-diossazolone utilizzando l'analisi di diffrazione di raggi X su cristallo singolo fotoindotto, hanno catturato il momento fugace della formazione intermedia del Rh-acilnitrenoide.

I risultati sono pubblicati sulla rivista Science.

Si prevede che questo risultato aprirà la strada allo sviluppo di catalizzatori altamente reattivi e selettivi per convertire gli idrocarburi in prodotti a valore aggiunto, con applicazioni potenzialmente ad ampio raggio in vari settori.

Guidati dal direttore Chang Sukbok, gli scienziati del Centro per la funzionalizzazione degli idrocarburi catalitici dell'Istituto per le scienze di base (IBS) hanno fatto un passo avanti nella comprensione della struttura e della reattività di un intermedio chiave nelle reazioni catalitiche. Questo intermedio, noto come metallo-nitrenoide di transizione, svolge un ruolo cruciale nella conversione degli idrocarburi in ammidi, che sono importanti nel settore farmaceutico e nella 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 i gruppi funzionali a base di azoto vengono introdotti nelle materie prime idrocarburiche.

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.

La chiave per comprendere queste reazioni a livello fondamentale risiede nella capacità di studiare l’intermedio di reazione che si forma quando un catalizzatore di metallo di transizione si lega al reagente diossazolone, noto come metallo-acilnitrenoide. Queste specie intermedie 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.

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 bidentato diossazolone, dove il trasferimento di carica fotoindotto da metallo a ligando avvia l'ammidazione catalitica C – H di fonti di idrocarburi come il benzene.

Utilizzando questo sistema di nuova concezione, i ricercatori hanno sintetizzato un complesso di coordinazione rodio-diossazolone isolabile. Quindi, attraverso l’analisi di diffrazione di raggi X su cristallo singolo fotoindotto utilizzando la radiazione di sincrotrone (Pohang Accelerator Laboratory), sono riusciti a rivelare per la prima volta la struttura e le proprietà dell’intermedio rodio-acilnitrenoide.