Új szintézis módszer a ketonok környezetbarát előállításához Analytics HÍREK
Az új módszerek megtalálása a szerves szintézisben megalapozza a gyógyszerfejlesztés, az anyagtudomány és a kémiai biológia fejlődését, és ezért központi szerepet játszik mindennapjainkban. A Bécsi Egyetem Kémiai Karának kutatócsoportjának most sikerült új módszert kifejlesztenie a ketonok szintézisére. Az eredményeket a "Nature Communications" folyóiratban tették közzé.
A ketonok kulcsfontosságú molekulák a kémia területén. A név emlékeztethet olyan dolgokra, mint például a "ketogén étrend", ahol a ketonokat a májban tárolt zsírból készítik energiaforrásként. De ez nem a táplálkozással kapcsolatos kutatás, hanem e ketonok előállításának módszerei.
A ketonokat úgynevezett karbonilcsoportjuk jellemzi. A karbonilcsoport mindig tartalmaz jellegzetes szén-oxigén kettős kötést, és világunk molekuláinak egyik alapvető funkciója.
A ketonoknak sokféle változata van. Részben a testünkben, például a tesztoszteron és a kortizon; vagy olyan aktív összetevőkben, mint a moxifloxacin antibiotikum, az opioid oxikodon vagy a raloxifen, egy ösztrogén modulátor, amelyet többek között csontritkulás kezelésére használnak. Még a málnában található és a gyümölcs tipikus illatáért felelős úgynevezett "málna-keton" is tartalmaz karbonilcsoportot.
Igényes szintézis
A fenti ketonok mindegyike szintetizálódik - gyakran hatalmas mennyiségben. A szintézis nem mindig problémamentes. Klasszikusan a ketonszintézishez reakciókat alkalmaznak, amelyek többek között veszélyes, piroforos reagenseket használnak, és sok olyan salakanyaghoz vezetnek, amelyeket el kell választani és ártalmatlanítani kell. "A ketonok előállításához az ideális kémiai reakció egyszerű kiindulási anyagokkal kezdődne és minimális hulladékot termelne" - mondja dr. Jing Li, a tanulmány első szerzője. "Ilyen reakció már létezik: hidroacilezés" - magyarázza a posztdoktor.
A hidroacilezés során az aldehid (szintén karbonilcsoportot tartalmazó vegyület, de hidrogénszubsztituenssel rendelkező vegyület) reagál egy alkénnel (jellemzően olcsó kiindulási anyag egy vagy több szén-szén kettős kötéssel rendelkező szénhidrogén családból). "A hidroacilezés hátránya, hogy mindig szükség van egy drága átmenetifém-katalizátorra, mint például a ródium, egy ritka és drága fém" - magyarázza Rik Oost, a munka társszerzője. "Ezenkívül a reakció meglehetősen bonyolult és gyakran nemkívánatos mellékreakciókkal jár, ami azt jelenti, hogy a hidroacilezéssel előállítható ketonok választéka meglehetősen korlátozott" - mondja Oost.
A hidroacilezés újrafeltalálása
Nuno Maulide csoportja kifejlesztett egy alternatívát a hagyományos hidroacilezéshez, amely nem igényel drága fémeket, és nem mutatja a fent említett mellékreakciókat. "Teljesen megfordítottuk a hidroacilezés játékszabályait" - mondja Nuno Maulide, a Bécsi Egyetem szerves szintézis professzora.
A kutatók ehhez egy másik típusú karbonil-vegyületet használtak kiindulási anyagként: stabil és robusztus karboxilamidokat. "Több éve kutatjuk az amidok szelektív aktiválását" - magyarázza Maulide. "Most megtaláltuk a módját, hogy az alkénekkel úgy reagáljanak, mintha aldehidek lennének. Az eredmény a hidroacilezés új formája" - mondta a 2018-as év tudósa.
"Ezzel az újonnan kifejlesztett reakcióval teljesen új megközelítést alkalmazhat a ketonszintézis során. Eddig az eredeti reakció korlátai miatt nem volt módja bizonyos ketonok hidroacilezésével történő előállítására, például ugyanazon molekula más reaktív csoportjaival. Új módszerünkkel akár felhasználhatjuk is őket. Szelektíven módosítsa a hatóanyagokat és a gyógyszereket egy amidcsoporttal. Ez teljesen új lehetőségeket nyit meg a finom vegyszerek szintézisében "- mondja boldogan Maulide.
Trükkös mechanizmus és a közös munka értéke
"Mechanikusan nézve ez az atipikus reakció néhány összetett átrendeződést mutat" - magyarázza Leticia González, a Bécsi Egyetem elméleti kémia professzora. Számítógéppel végzett számítások segítségével a kutatók megértették ennek az új reakciónak az alapvető lépéseit. "Különösen érdekes lépés az úgynevezett hidridtranszfer, amelynek során a hidrogénatom a molekula távoli részébe vándorolva két elektronot visz magával" - magyarázza Boris Maryasin, szintén az Elméleti Kémiai Intézet munkatársa és a munka társszerzője. "Ezek és más részletek hozzáférhetővé válnak számunkra a reakció elméleti modellezésével".
A kísérleti szerves kémia és az elméleti kémia kölcsönhatása lehetővé teszi a tudósok számára, hogy pontos képet kapjanak arról, mi történik a reakció során. "Ez a csapatmunka valódi értéke. Egyedül nem lett volna lehetséges egyértelműen megmagyarázni a reakció mechanizmusát, elméleti kémiai kollégáinknak nem lett volna szabad hozzáférniük a laboratóriumi kísérleti eredményekhez. Ez a tudományos együttműködés kulcsa bárhol az egész több, mint az egyes részek összege "- fejezi be Maulide.