Нов метод на синтез за екологично производство на кетони Анализ НОВИНИ
Намирането на нови методи в органичния синтез формира основата за напредъка във разработването на фармацевтични лекарства, науката за материалите и химическата биология и по този начин играе централна роля в нашето ежедневие. Изследователски екип от Химическия факултет на Виенския университет сега успя да разработи нов метод за синтез на кетони. Резултатите са публикувани в списание "Nature Communications".
Кетоните са ключови молекули в химията. Името може да ви напомни за неща като „кетогенната диета“, където кетоните се произвеждат от складирани мазнини като източник на енергия в черния дроб. Но това не са изследвания върху храненето, а върху методите, чрез които се получават тези кетони.
Кетоните се характеризират със своята така наречена карбонилна група. Карбонилната група винаги съдържа характерна двойна връзка въглерод-кислород и е една от основните функционалности в молекулите на нашия свят.
Има много разновидности на кетони. Частично в тялото ни като тестостерон и кортизон; или в активни съставки като антибиотик моксифлоксацин, опиоидният оксикодон или ралоксифен, естрогенен модулатор, който т.е. използва се за лечение на остеопороза. Дори и така нареченият "малинов кетон", който се съдържа в малините и е отговорен за типичната миризма на плодовете, съдържа карбонилна група.
Взискателен синтез
Всички горепосочени кетони се синтезират - често в огромни количества. Синтезът не винаги е безпроблемен. Класически реакциите се използват за синтез на кетони, които освен всичко друго използват опасни пирофорни реагенти и водят до много отпадни продукти, които трябва да бъдат отделени и изхвърлени. „Идеалната химическа реакция за получаване на кетони ще започне с прости изходни материали и ще генерира минимални отпадъци“, казва д-р. Дзин Ли, първи автор на изследването. „Такава реакция вече съществува: хидроацилиране“, обяснява постдокът.
При хидроацилирането алдехидът (също съединение с карбонилна група, но с водороден заместител) реагира с алкени (обикновено евтини изходни материали от семейството на въглеводородите с една или повече двойни връзки въглерод-въглерод). „Недостатъкът на хидроацилирането е, че той винаги изисква скъп катализатор на преходен метал като родий, рядък и скъп метал“, обяснява Рик Оост, съавтор на работата. „В допълнение, реакцията е доста сложна и често е придружена от нежелани странични реакции, което означава, че изборът на кетони, които могат да се получат с помощта на хидроацилация, е доста ограничен“, казва Oost.
Преоткриване на хидроацилация
Групата на Nuno Maulide сега е разработила алтернатива на конвенционалното хидроацилиране, която нито изисква скъпи метали, нито показва страничните реакции, споменати по-горе. „Напълно сме обърнали правилата на играта на хидроацилация“, казва Нуно Маулиде, професор по органичен синтез във Виенския университет.
Изследователите са използвали различен тип карбонилно съединение като изходен материал за това: стабилни и здрави карбоксиламиди. „Изследвахме селективното активиране на амиди от няколко години“, обяснява Моулиде. "Сега намерихме начин да ги накараме да реагират с алкени, сякаш са алдехиди. Резултатът е нова форма на хидроацилация", каза ученият от 2018 г.
"С тази новоразработена реакция можете да възприемете напълно нов подход към синтеза на кетони. Досега не е имало начин да се получат определени кетони чрез хидроацилиране, например с други реактивни групи в същата молекула, поради ограниченията на първоначалната реакция. С новия ни метод можем дори да ги използваме Модифицирайте селективно активните съставки и фармацевтичните продукти с амидна група. Това отваря напълно нови възможности за синтез на фини химикали ", казва Моулид с радост.
Труден механизъм и стойността на съвместната работа
„Механично погледнато, тази нетипична реакция показва някои сложни пренареждания“, обяснява Летисия Гонсалес, професор по теоретична химия във Виенския университет. С помощта на компютърно подпомогнати изчисления изследователите успяха да разберат елементарните стъпки на тази нова реакция. „Особено интересна стъпка е така нареченият хидриден трансфер, при който водородният атом мигрира към отдалечена част на молекулата и отнема два електрона със себе си“, обяснява Борис Марясин, също от Института по теоретична химия и съавтор на работата. „Тези и други подробности стават достъпни за нас чрез теоретично моделиране на реакцията“.
Взаимодействието между експерименталната органична химия и теоретичната химия позволява на учените да получат точна картина на това, което се случва по време на реакцията. "Това е истинската стойност на работата в екип. Само за нас не би било възможно еднозначно да изясним механизма на реакцията, нашите колеги по теоретична химия не биха имали достъп до експериментални резултати от лабораторията сами. Това е ключът към научното сътрудничество, където цялото нещо е повече от сумата на отделните части ", заключава Моулиде.