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Jul 21, 2023

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Scientific Reports volume 5, Numéro d'article : 12005 (2015) Citer cet article 5369 Accès à 27 citations Détails des mesures Les N-arylimidazoles jouent un rôle important en tant qu'unités structurelles et fonctionnelles dans

Rapports scientifiques volume 5, Numéro d'article : 12005 (2015) Citer cet article

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Les N-arylimidazoles jouent un rôle important en tant qu’unités structurelles et fonctionnelles dans de nombreux produits naturels et composés biologiquement actifs. Nous rapportons ici une voie photocatalytique pour les réactions de couplage croisé CN sur un catalyseur Cu/graphène, qui peut catalyser efficacement la N-arylation de l'imidazole et de l'acide phénylboronique et atteindre une fréquence de renouvellement de 25,4 h−1 à 25 oC et l'irradiation de lumière visible. L’activité catalytique améliorée du Cu/graphène sous l’irradiation lumineuse résulte de la résonance plasmonique de surface localisée des nanoparticules de cuivre. Le photocatalyseur Cu/graphène présente une applicabilité générale pour le couplage croisé photocatalytique CN, CO et CS d'acides arylboroniques avec des imidazoles, des phénols et des thiophénols. Cette étude propose une voie photocatalytique verte pour la production de N-arylimidazoles.

Le couplage croisé CN a été reconnu comme l’une des transformations les plus importantes de la chimie organique car il peut être facilement utilisé pour synthétiser une large gamme de substances organiques, notamment de nombreux produits naturels et pharmaceutiques. Les N-arylimidazoles jouent un rôle important en tant qu'unités structurelles et fonctionnelles dans de nombreux produits naturels et composés biologiquement actifs1,2,3,4,5. En tant que méthode efficace pour produire des N-arylimidazoles, la formation de liaisons CN médiée par le cuivre via le couplage croisé d'acides arylboroniques et d'imidazoles en utilisant du Cu(OAc)2 stoechiométrique et de la pyridine est devenue une stratégie de synthèse importante depuis les premiers rapports de Chan et Lam. groupes6,7,8. Plus tard, Collman et ses collègues ont rapporté que des complexes de Cu (II) avec des ligands bidentés chélateurs de l'azote pouvaient catalyser le couplage des imidazoles sans ajout de base à température ambiante9. Récemment, il a également été découvert que de simples sels de cuivre favorisaient le couplage des acides arylboroniques avec des imidazoles dans des solvants protoniques10. Bien que ces procédés homogènes utilisant des complexes de Cu solubles comme catalyseurs présentent une efficacité catalytique élevée, la difficulté de séparer les catalyseurs des mélanges réactionnels reste un problème sérieux. Par rapport aux procédés homogènes, les filières employant des catalyseurs hétérogènes recyclables seraient efficaces et respectueuses de l’environnement11,12. Par exemple, Kantam et al. ont découvert que la N-arylation des imidazoles et des acides arylboroniques était réalisée avec de la fluorapatite échangée avec du cuivre dans du méthanol12. Cependant, l’activité des catalyseurs hétérogènes reste encore à améliorer.

L'effet de résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) est une oscillation collective d'électrons de conduction dans des nanoparticules métalliques, qui résonnent avec le champ électromagnétique de la lumière incidente dans la plage de la lumière visible13,14,15. Les électrons de conduction des nanoparticules d'or (Au), d'argent (Ag) et de cuivre (Cu) peuvent gagner de l'énergie lumineuse visible grâce à l'effet LSPR pour produire des électrons « chauds » énergétiques, qui facilitent le processus de réaction et améliorent le rendement de la synthèse chimique. dans des conditions douces16. Les études sur les réactions induites par la lumière catalysées par des nanoparticules métalliques plasmoniques ont constitué la base d'un nouveau domaine en expansion rapide dans le domaine de la photocatalyse verte17,18,19,20,21. Le groupe de Linic a découvert que les nanostructures plasmoniques d'argent peuvent utiliser simultanément une lumière visible de faible intensité et de l'énergie thermique pour conduire des réactions d'oxydation catalytique, telles que l'époxydation de l'éthylène, l'oxydation du CO et l'oxydation du NH3 à des températures plus basses. Sarina et coll. rapporté que les nanoparticules de l'alliage Au-Pd peuvent fortement absorber la lumière en raison de l'effet LSPR de l'Au et améliorer efficacement la conversion de certaines réactions telles que le couplage croisé Suzuki-Miyaura20. Huang et coll. considéré que l'activation de l'oxygène sur les nanoparticules d'Au et d'Ag peut être assistée par le LSPR dans les réactions d'oxydation depuis l'injection efficace d'électrons énergétiques excités dans les molécules d'oxygène pour former des anions de molécules d'oxygène fortement adsorbés21. Auparavant, nous avions découvert que les nanoparticules de cuivre supportées sur du graphène pouvaient catalyser de manière contrôlée les réactions de couplage des composés nitroaromatiques aux composés azoxy ou azoïques correspondants sous irradiation par la lumière visible22. Nous rapportons ici que le catalyseur Cu/graphène présente une excellente activité photocatalytique pour la N-arylation des imidazoles et des acides arylboroniques à température ambiante sous irradiation par la lumière visible.