TỪ MỘT HÓA BỐN – CÂU CHUYỆN GẮN CARBON VÀO MỘT PHÂN TỬ TRONG MỘT BƯỚC

TỪ MỘT HÓA BỐN – CÂU CHUYỆN GẮN CARBON VÀO MỘT
PHÂN TỬ TRONG MỘT BƯỚC
Chemiss-ChemNews
Bản dịch được thực hiện bởi #bn
Dịch từ: Four new bonds to one carbon atom, in a single step | Research | Chemistry World

Một cách vô tình thì người ta lại phát hiện ra rằng các carbene dị vòng nitrogen (Nheterocyclic carbene) là một nguồn cung carbon phân tử.

Các nhà hóa học đến từ Nhật Bản đã tìm ra một phản ứng mà ở đó có việc “từ một
hóa bốn” dể có được một nguyên tử carbon với bốn liên kết khác nhau trong một
bước. Và phản ứng này vơ tình được phát hiện trong khi khảo sát các đặc tính của
các carbene dị vịng nitrogen.
Thơng thường, các phản ứng có sự cộng thêm một carbon vào chất nền thường
thực hiện thông qua việc cộng một cả một đơn vị carbon (carbon-containing unit)
vào trong phân tử hơn là chỉ cộng đúng duy nhất “một carbon” vào. Điều này xảy
ra vì việc thêm “một carbon” vào thường rất khó bởi vì các carbon ngun tử
thường vơ cùng kém bền và việc tạo ra chúng chỉ đơn giản dược thực hiện ở điều
kiện phịng thí nghiệm.


Nhưng ở hiện tại, một nhóm nhà khoa học tới được dẫn đầu bởi Mamoru Tobisu
tới từ đại học Osaka (Nhật Bản) đã phát triển một cách thức mà ở đó họ “thuần
phục” được carbon nguyên tử và sử dụng chúng như một tác nhân. “Chúng tơi đã
tìm ra một phản ứng mà ở đó có sự cộng một nguyên tử carbon vào phân tử hợp
chất hữu có”, Tobisu nói rằng. “Mấu chốt của việc kiểm soát sự siêu hoạt động của
carbon nguyên tử là nằm ở việc ta không nên sử dụng carbon nguyên tử một
cách trực tiếp mà nên sử dụng một cách “gián tiếp” thông qua tác nhân “du kích”
tương đương (masked equivalent).”
Và tác chất “du kích” của Tobisu chính là các carbene dị vịng nitrogen – một nhóm
các hợp chất chất được nghiên cứu rộng rãi có chứa một nguyên tử carbon có hóa
trị hai. Trong khi khảo sát một phản ứng chuyển vị của các amide khơng bão hịa

được xúc tác bởi carbene, nhóm của Tobisu nhận thấy rằng, thay vì nó tạo ra các
sản phẩm mong muốn thì nó lại tạo ra một lactam có thêm một carbon.

Phản ứng cộng thêm một nguyên tử carbon vào giữa amide và alkene, tạo ra
vòng lactam và chuyển nhóm aryl từ trên nguyên tử nitrogen sang carbon.

“Sau đó, chúng tơi nhận thấy rằng phản ứng này khá hợp lý khi dựa trên lý thuyết
về cộng hưởng (resonance theory),” Tobisu nói. Các nhà nghiên cứu cịn thấy rằng
các carbene cũng có thể hoạt động như một carbon nguyên tử khi kết hợp với 1,2diimine. Trong các thí nghiệm của họ, carbene chỉ đơn giản là trao carbon đó cho
chất nền là amide, đồng thời tạo ra sản phẩm là diimine.


Tobisu nói: “Vấn đề trọng tâm của tổng hợp hữu cơ là làm thế nào để nâng cao
hiệu quả trong việc tăng độ phức tạp của cấu trúc trong các phân tử được tổng
hợp. Phương pháp của chúng tôi cho phép bốn liên kết hóa học được hình thành
ở trung tâm carbon trong một bước duy nhất – do đó rút ngắn được các bước vốn
khó có thể thực hiện được khi sử dụng các phương pháp cổ điển.”
Kể từ phát hiện đó, nhóm của Tobisu đã tối ưu hóa các phương pháp thế trên
carbene cũng như là cải thiện tính chọn lọc của phản ứng đối với các sản phẩm
lactam. Họ cũng cho thấy rằng phản ứng trên có thể xảy ra trên một số nguyên
liệu amide không bão hịa ban đầu với nhiều nhóm chức khác nhau.
“Sự hình thành các liên kết carbon-carbon mới chính là nền tảng tiếp nối của hóa
học hữu cơ. Trong khi có nhiều phương pháp lâu đời để tạo thành liên kết carboncarbon, Tobisu và đồng nghiệp đã trình bày một phương pháp mới về trong bài
báo này”, nhận xét của Stacey Brenner-Moyer, một chuyên gia về tổng hợp hữu
cơ thuộc Đại học Rutgers (Mỹ).
Cô cũng lưu ý rằng trong khi các carbene dị vòng nitrogen thường được sử dụng
như là các phối tử cho chất xúc tác kim loại hoặc đơn thuần làm chất xúc tác
thuần hữu cơ (organocatalysts), thì việc sử dụng chúng như là một tác nhân cung
cấp carbon nguyên tử cho thấy một ứng dụng mới “đáng chú ý”. Nhóm của
Tobisu hiện có kế hoạch tìm hiểu sâu hơn về cơ chế của phản ứng với hy vọng tìm

hiểu một cách khái quát hơn nữa về phản ứng.

Tham khảo:
M Kamitani et al, Science, DOI: 10.1126/science.ade5110