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Jul 21, 2023

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Scientific Reports volume 5, Numero articolo: 12005 (2015) Cita questo articolo 5369 Accessi 27 Citazioni Dettagli metrici Gli N-aril imidazoli svolgono un ruolo importante come unità strutturali e funzionali in

Rapporti scientifici volume 5, numero articolo: 12005 (2015) Citare questo articolo

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Gli N-aril imidazoli svolgono un ruolo importante come unità strutturali e funzionali in molti prodotti naturali e composti biologicamente attivi. Qui, riportiamo un percorso fotocatalitico per le reazioni di accoppiamento incrociato del CN ​​su un catalizzatore Cu/grafene, che può catalizzare efficacemente la N-arilazione di imidazolo e acido fenilboronico e raggiungere una frequenza di turnover di 25,4 h−1 a 25 oC e l'irradiazione di luce visibile. L'attività catalitica potenziata del Cu/grafene sotto l'irradiazione luminosa risulta dalla risonanza plasmonica superficiale localizzata delle nanoparticelle di rame. Il fotocatalizzatore Cu/grafene ha un'applicabilità generale per l'accoppiamento incrociato fotocatalitico di CN, CO e CS di acidi arilboronici con imidazoli, fenoli e tiofenoli. Questo studio fornisce un percorso fotocatalitico verde per la produzione di N-aril imidazoli.

L'accoppiamento incrociato CN è stato riconosciuto come una delle trasformazioni più importanti nella chimica organica perché può essere convenientemente utilizzato per sintetizzare un'ampia gamma di sostanze organiche, inclusi molti prodotti naturali e farmaceutici. Gli N-aril imidazoli svolgono un ruolo importante come unità strutturali e funzionali in molti prodotti naturali e composti biologicamente attivi1,2,3,4,5. Come metodo efficiente per produrre N-aril imidazoli, la formazione di legami CN mediata dal rame tramite l'accoppiamento incrociato di acidi arilboronici e imidazoli utilizzando Cu(OAc)2 stechiometrico e piridina è diventata un'importante strategia sintetica sin dai rapporti iniziali di Chan e Lam gruppi6,7,8. Successivamente, Collman e collaboratori hanno riferito che i complessi di Cu(II) con ligandi bidentati chelanti l'azoto potrebbero catalizzare l'accoppiamento di imidazoli senza l'aggiunta di alcuna base a temperatura ambiente9. Recentemente, si è scoperto che anche semplici sali di rame promuovono l'accoppiamento degli acidi arilboronici con gli imidazoli in solventi protonici10. Sebbene questi processi omogenei che utilizzano complessi di Cu solubili come catalizzatori presentino un'elevata efficienza catalitica, la difficoltà nel separare i catalizzatori dalle miscele di reazione rappresenta ancora un problema serio. Rispetto ai processi omogenei, i percorsi che utilizzano catalizzatori eterogenei riciclabili sarebbero efficienti e rispettosi dell'ambiente11,12. Ad esempio, Kantam et al. hanno scoperto che la N-arilazione degli imidazoli e degli acidi arilboronici veniva ottenuta con fluorapatite scambiata con rame in metanolo12. Tuttavia, l'attività dei catalizzatori eterogenei deve ancora essere migliorata.

L'effetto di risonanza plasmonica di superficie localizzata (LSPR) è un'oscillazione collettiva degli elettroni di conduzione in nanoparticelle metalliche, che risuonano con il campo elettromagnetico della luce incidente nella gamma della luce visibile13,14,15. Gli elettroni di conduzione delle nanoparticelle di oro (Au), argento (Ag) e rame (Cu) possono guadagnare energia luminosa visibile attraverso l'effetto LSPR per produrre elettroni energetici “caldi”, che facilitano il processo di reazione e migliorano la resa della sintesi chimica in condizioni miti16. Gli studi sulle reazioni guidate dalla luce catalizzate da nanoparticelle metalliche plasmoniche hanno costituito la base di un campo nuovo e in rapida espansione nella fotocatalisi verde17,18,19,20,21. Il gruppo di Linic ha scoperto che le nanostrutture plasmoniche dell'argento possono utilizzare contemporaneamente luce visibile a bassa intensità ed energia termica per guidare reazioni di ossidazione catalitica, come l'epossidazione dell'etilene, l'ossidazione della CO e l'ossidazione dell'NH3 a temperature più basse19. Sarina et al. hanno riferito che le nanoparticelle della lega Au-Pd possono assorbire fortemente la luce a causa dell'effetto LSPR dell'Au e migliorare efficacemente la conversione di alcune reazioni come l'accoppiamento incrociato Suzuki-Miyaura20. Huang et al. considerato che l'attivazione dell'ossigeno sulle nanoparticelle di Au e Ag può essere assistita dall'LSPR nelle reazioni di ossidazione poiché l'efficace iniezione di elettroni energetici eccitati nelle molecole di ossigeno per formare anioni di molecole di ossigeno fortemente adsorbite21. In precedenza, abbiamo scoperto che le nanoparticelle di rame supportate sul grafene possono catalizzare in modo controllabile le reazioni di accoppiamento dei nitroaromatici ai corrispondenti composti azossi o azo sotto irradiazione con luce visibile22. Qui riportiamo che il catalizzatore Cu/grafene mostra un'eccellente attività fotocatalitica per la N-arilazione di imidazoli e acidi arilboronici a temperatura ambiente sotto irradiazione di luce visibile.