La catàlisi amb pal·ladi en la síntesi orgànica (Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki; Premi Nobel de Química, 2010)

Química orgànica: Aquest migdia, la Reial Acadèmia Sueca de Ciència anunciava que Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi i Akira Suzuki rebrien el Premi Nobel de Medicina “l’acoblament creuat catalitzat per pal·ladi en la síntesi orgànica”. El premi es repartirà en tres parts iguals entre els tres guardonats. Com passa sovint, rebre el Premi Nobel, en determinats casos, exigeix una certa longevitat, per la qual cosa certs noms hauran quedat fora. Tot i amb tot, els tres investigadors foren capdavanters en les recerques que, en els anys 1970, establiren les principals reaccions de síntesi orgànica catalitzades per compostos de pal·ladi.

Richard F. Heck

Richard F. Heck (*Springfield, Massachusetts, 1931) es va doctorar en química en 1954 a la Universitat de Califòrnia a Los Angeles. En l’actualitat, és professor emèrit de la Universitat de Delaware.

Ei-ichi Negishi

Ei-ichi Negishi (*Changchun, Xina, 1935) fou fill de colons japonesos en el continent. Es va doctorar en química a la Universitat de Pennsylvania. En l’actualitat és professor distingit de química en la Universitat Purdue d’Indiana.

Akira Suzuki

Akira Suzuki (*Mukawa, Japó, 1930) es va doctorar el 1959. A diferència de Heck i de Negishi, va fer la seva carrera al Japó. En l’actualitat és professor emèrit de la Universitat Hokkaido de Sapporo.

L’ús de pal·ladi en la síntesi orgànica a través de reaccions d’acoblament creuat


La reacció de Sonogashira és un exemple d’ús d’un compost de pal·ladi per tal d’agregar en una única molècula dues molècules orgàniques més senzilles.

Ja ha plogut molt d’ençà del temps que en Friedrich Wöhler (1800-1882), més o menys per l’època que Mary Shelley imaginava les recerces del doctor Frankenstein, va sintetitzar urea a partir de diòxid de carboni i d’amoníac. Aquesta metodologia, simbòlicament, trencava el vel que separa la química inorgànica de la química orgànica. Si abans de Berzelius o de Wöhler, la química orgànica, era la química dels organismes vius o en descomposició, a partir de llavors la química orgànica era, més senzillament, la química dels enllaços de carboni i hidrogen, d’oxigen, de nitrogen o de sofre. Més de cent anys després de Wöhler, una nova fornada de bioquímics, com Stanley Miller (1930-2007) o Joan Oró (1923-2004), oferia les primeres explicacions plausibles per a la genèsi espontània (abiogenètica) de molècules orgàniques a partir de molècules inorgàniques. A partir de llavors, les tècniques astroquímiques han fet palesa la ubiqüitat de la matèria orgànica en l’univers. De la qual cosa es deriva, un nou colp copernicà: tan sols una ínfima part de la matèria orgànica que es fa i desfa en l’univers té res a veure amb la matèria viva. En una societat on el plàstic ha esdevingut ubicu i on la principal font energètica deriva de combustibles fòssils, aquest colp copernicà no és només teòric sinó que pot acabar per ennuegar-nos.

Els seguidors de Wöhler toparen ja, com ell, amb el problema d’aconseguir enllaçar àtoms de carboni per construir molècules orgàniques com més va més complexes. En la biosfera terrestre, la major part de la incorporació de diòxid de carboni (CO2) a la matèria orgànica té lloc a través de l’enzim rubisco. Desenes d’altres reaccions permeten l’ellongació i la polimerització per construir les molècules orgàniques més complexes (polisacàrits, proteïnes, lípids). Quant l’art vol imitar la natura, requereix l’activa prèvia dels àtoms de carboni per tal de dur a terme reaccions de síntesi.

Els catalitzadors són substàncies que, sense participar en una reacció química, l’acceleren. Ho fan tot oferint una superfície reactiva, facilitzant l’activació dels reactius, o orientant-ne les estructures. En el món viu, aquesta catalització és mediada per proteïnes (els enzims). Tot sovint, els enzims són metal·loproteïnes, és a dir proteïnes que es carreguen específicament amb tal o tal metall.

Que se sàpiga, no hi ha cap enzim que s’associï de forma efectiva amb el pal·ladi (Pd). Aquest metall, doncs, no és un bioelement. Tanmateix, sí que és un catalitzador ben potent en reaccions orgàniques. Accelera reaccions d’hidrogenació (incorporació d’àtoms d’hidrogen en l’esquelet d’enllaços de carboni) i de deshidrogenació. A la característica de versatilitat, hi afegeix la d’homogeneïtat i, en les condicions adients, de selectivitat.

De particular interès, per a la síntesi orgànica són les reaccions d’acoblament creuat catalitzades per pal·ladi:
reacció de Mizoroki-Heck, descrita paral·lelament el 1971 pels grups de recerca de Tsutomu Mizoroki i el 1972 pel grup de Heck. El treball de Heck consistí en la generació d’estilbenè a partir de l’acoblament de iodobenzè i estirè, a una temperatura de 100ºC i durant 2 hores d’incubació en presència d’un compost de pal·ladi (Pd(OAc2). El rendiment de la reacció originària era del 75%.
– reacció de Negishi (King et al, 1977), que genera un nou enllaç covalent C-C a partir de dues molècules orgàniques (un compost organozincat i un compost organohalurat).
reacció de Suzuki-Miyaura, desenvolupada per Norio Miyaura i Akira Suzuki (1979).

En totes aquestes reaccions, i en d’altres de similars, el contacte entre dos àtoms de carboni i els àtoms de pal·ladi accelera la velocitat amb la qual enllaçaran tots dos àtoms de carboni. En arribar a l’estadi final de la reacció, el compost de pal·ladi recupera l’estructura inicial de manera que pot entrar a catalitzar una nova reacció.

Des dels anys 1970, època fundacional d’aquestes reaccions, els acoblaments catalitzats de pal·ladi han guanyat un pes creixent en la síntesi orgànica, tant pel que fa a la síntesi de nous fàrmacs com a la síntesi de components orgànics destinats a l’electrònica.

Lligam:

"The Nobel Prize in Chemistry 2010 – Press Release". Nobelprize.org. 6 Oct 2010.

Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada