Verpak een rhodiumkatalysator in een omhulsel dat een beetje aan een enzym doet denken, en hij gaat een mate van selectiviteit vertonen die je van een écht enzym verwacht. En je kunt ook nog instellen wáár hij selectief voor is, schrijven UvA-hoogleraar Joost Reek en collega’s in Nature Communications.

Het succes vormt de basis van het zojuist gestarte onderzoeksproject ‘Nature inspired transition metal catalysis’, waar Reek een ERC Advanced Grant van 2,5 miljoen euro voor ontving.

Normaal gesproken probeer je de selectiviteit van zo’n overgangsmetaalkatalysator in te stellen door hem te omringen met enkele relatief kleine liganden. De chemische binding tussen het substraat en de directe omgeving van de metaalkern moet het dan vrijwel op z’n eentje doen. Een enzym is vele malen groter en ontleent zijn selectiviteit eerder aan de vorm van het ‘gat’ in de eiwitklomp waar de actieve plek zich in verschuilt. Het substraat past daar gewoon maar op één manier in.

Reek en collega’s hebben nu zo’n gat gecreëerd door hun rhodium te omringen met drie zinkporfyrines, organische moleculen die niets met eiwitten van doen hebben maar wel volumineus zijn. Ze worden bij elkaar gehouden door tris-(meta-pyridyl)-fosfine (afgekort (m-py)3P), dus een fosforkern met drie pyridineringen die zich met hun N aan Zn hechten. Aan dat fosfor komt tevens het rhodium te hangen. Groot voordeel van deze constructie is dat je heel gemakkelijk een ander porfyrine kunt uitproberen, zonder dat je aan de combinatie van rhodium en (m-py)3P hoeft te sleutelen.

Met deze katalysator is de hydroformylering van 2-octeen uitgeprobeerd. Daarbij voeg je een CHO-groep toe die aan beide zijden van de dubbele binding terecht kan komen, dus aan de tweede óf de derde koolstofkern in het octeenskelet. Pak je het rhodium niet in, dan krijg je van allebei ongeveer even veel; met klassieke liganden is het nog nooit gelukt om daar veel aan te veranderen. Maar met porfyrines er omheen bleek het wel degelijk mogelijk om 91 procent 3-aldehyde tegen 9 procent 2-aldehyde te krijgen.

Omgekeerd bleek lastiger, maar met ftalocyanines in plaats van porfyrines en 2-noneen in plaats van 2-octeen is toch al 73 procent 2-aldehyde bereikt. Daarmee is voor het eerst aangetoond dat de selectiviteit van een metaalgekatalyseerde reactie kan worden gestuurd door alleen de ‘cavity’ eromheen aan te passen.

Duidelijk is dat er nog een hoop werk nodig is om aan te tonen dat dit een algemeen principe is dat toepasbaar is voor veel reacties, en die 2,5 miljoen zal dus goed van pas komen. Maar de proof of principle is geleverd.

bron: Nature Communications