Новий метод синтезу екологічно чистого виробництва кетонів Аналітика НОВИНИ
Пошук нових методів в органічному синтезі є основою для прогресу у галузі фармацевтичної медицини, матеріалознавства та хімічної біології і, таким чином, відіграє центральну роль у нашому повсякденному житті. Зараз дослідницькій групі з хімічного факультету Віденського університету вдалося розробити новий метод синтезу кетонів. Результати були опубліковані в журналі "Nature Communications".
Кетони є ключовими молекулами в хімії. Назва може нагадувати вам про такі речі, як "кетогенна дієта", де кетони виробляються із накопиченого жиру як джерела енергії в печінці. Але це не дослідження харчування, а методи, за допомогою яких ці кетони виробляються.
Кетони характеризуються своєю так званою карбонільною групою. Карбонільна група завжди містить характерний подвійний зв’язок вуглець-кисень і є однією з основних функціональних можливостей молекул нашого світу.
Існує безліч різновидів кетонів. Частково в нашому організмі, такі як тестостерон і кортизон; або в таких активних інгредієнтах, як антибіотик моксифлоксацин, опіоїдний оксикодон або ралоксифен, модулятор естрогену, який використовується, серед іншого, для лікування остеопорозу. Навіть так званий "малиновий кетон", який міститься в малині і відповідає за типовий запах плодів, містить карбонільну групу.
Вимогливий синтез
Всі вищезазначені кетони синтезуються - часто у величезних кількостях. Синтез не завжди є безпроблемним. Класично реакції використовуються для синтезу кетонів, в яких, крім усього іншого, використовуються небезпечні пірофорні реагенти, що призводить до великої кількості відходів, які доводиться відокремлювати та утилізувати. "Ідеальна хімічна реакція для отримання кетонів починається з простих вихідних матеріалів і генерує мінімум відходів", - говорить д-р. Цзін Лі, перший автор дослідження. "Така реакція вже існує: гідроацилювання", - пояснює постдок.
При гідроацилюванні альдегід (також сполука з карбонільною групою, але із замінником водню) реагує з алкенами (зазвичай дешевими вихідними речовинами з сімейства вуглеводнів з одним або кількома вуглець-вуглецевими подвійними зв’язками). "Недоліком гідроацилювання є те, що він завжди вимагає дорогого каталізатора перехідного металу, такого як родій, рідкісний і дорогий метал", - пояснює Рік Оост, співавтор роботи. "Крім того, реакція є досить складною і часто супроводжується небажаними побічними реакціями, а це означає, що вибір кетонів, які можна отримати за допомогою гідроацилювання, досить обмежений", - говорить Оост.
Винайдення гідроацилювання
Зараз група Нуно Мауліде розробила альтернативу звичайному гідроацилюванню, яка не вимагає дорогих металів і не виявляє згаданих вище побічних реакцій. "Ми повністю змінили правила гри в гідроацилювання", - говорить Нуно Моулід, професор органічного синтезу у Віденському університеті.
Дослідники використовували інший тип карбонільної сполуки як вихідний матеріал: стабільні та міцні карбоксиламіди. "Ми досліджували селективну активацію амідів протягом декількох років", - пояснює Моулід. "Зараз ми знайшли спосіб змусити їх реагувати з алкенами, як ніби альдегідами. Результатом є нова форма гідроацилювання", - сказав учений 2018 року.
"За допомогою цієї нещодавно розробленої реакції ви можете застосувати абсолютно новий підхід до синтезу кетонів. До цих пір не було можливості продукувати певні кетони за допомогою гідроацилювання, наприклад, з іншими реакційноздатними групами в тій же молекулі, через обмеження вихідної реакції. За допомогою нашого нового методу ми можемо навіть використовувати їх Вибірково модифікуйте активні інгредієнти та фармацевтичні препарати амідною групою. Це відкриває абсолютно нові можливості для синтезу тонких хімічних речовин ", - радісно говорить Моуліде.
Хитрий механізм і цінність спільної роботи
"Механічно кажучи, ця нетипова реакція демонструє деякі складні перестановки", - пояснює Летиція Гонсалес, професор теоретичної хімії у Віденському університеті. За допомогою автоматизованих розрахунків дослідники змогли зрозуміти елементарні етапи цієї нової реакції. "Особливо цікавим кроком є так званий гідридний перенос, при якому атом водню мігрує у віддалену частину молекули і бере з собою два електрони", - пояснює Борис Марясін, також з Інституту теоретичної хімії та співавтор роботи. "Ці та інші деталі стають доступними для нас завдяки теоретичному моделюванню реакції".
Взаємодія експериментальної органічної хімії та теоретичної хімії дозволяє вченим отримати точне уявлення про те, що відбувається під час реакції. "Це справжнє значення колективної роботи. Поодинці нам не вдалося б однозначно з'ясувати механізм реакції; наші колеги з теоретичної хімії не мали б доступу до експериментальних результатів з лабораторії самостійно все це більше, ніж сума окремих частин ", робить висновок Моуліде.