Nová metóda syntézy pre ekologickú výrobu ketónov Analytics NEWS
Hľadanie nových metód v organickej syntéze vytvára základ pre pokrok vo vývoji farmaceutických liekov, materiálových vied a chemickej biológie, a preto zohráva ústrednú úlohu v našom každodennom živote. Vedeckému tímu z chemickej fakulty na viedenskej univerzite sa teraz podarilo vyvinúť novú metódu syntézy ketónov. Výsledky boli zverejnené v časopise „Nature Communications“.
Ketóny sú rozhodujúcimi molekulami v chémii. Názov vám môže pripomínať veci ako „ketogénna diéta“, ktorá vyrába ketóny z uloženého tuku ako zdroj energie v pečeni. Nejde ale o výskum výživy, ale o metódy, ktorými sa tieto ketóny vyrábajú.
Ketóny sa vyznačujú takzvanou karbonylovou skupinou. Karbonylová skupina vždy obsahuje charakteristickú dvojitú väzbu uhlík-kyslík a je jednou zo základných funkcionalít v molekulách nášho sveta.
Existuje veľa druhov ketónov. Čiastočne v našom tele, ako je testosterón a kortizón; alebo v aktívnych zložkách, ako je antibiotikum moxifloxacín, opioidný oxykodón alebo raloxifén, modulátor estrogénu, ktorý sa okrem iného používa na liečbu osteoporózy. Aj takzvaný „malinový ketón“, ktorý je obsiahnutý v malinách a je zodpovedný za typickú vôňu ovocia, obsahuje karbonylovú skupinu.
Náročná syntéza
Všetky vyššie uvedené ketóny sú syntetizované - často v obrovských množstvách. Syntéza nie je vždy bezproblémová. Klasicky sa reakcie používajú na syntézu ketónov, pri ktorých sa okrem iného používajú nebezpečné pyroforické činidlá a vedú k množstvu odpadových produktov, ktoré sa musia separovať a zneškodniť. „Ideálna chemická reakcia na výrobu ketónov by začala s jednoduchými východiskovými látkami a vytvárala by minimálny odpad,“ hovorí Dr. Jing Li, prvý autor štúdie. „Takáto reakcia už existuje: hydroacylácia,“ vysvetľuje postdoc.
Pri hydroacylácii reaguje aldehyd (tiež zlúčenina s karbonylovou skupinou, ale s vodíkovým substituentom) s alkénami (zvyčajne lacné východiskové látky z rodiny uhľovodíkov s jednou alebo viacerými dvojitými väzbami uhlík-uhlík). „Nevýhodou hydroacylácie je, že vždy vyžaduje drahý katalyzátor na báze prechodného kovu, ako je ródium, vzácny a drahý kov,“ vysvetľuje Rik Oost, spoluautor práce. „Okrem toho je reakcia dosť komplikovaná a často sprevádzaná nežiaducimi vedľajšími reakciami, čo znamená, že výber ketónov, ktoré je možné vyrobiť pomocou hydroacylácie, je dosť obmedzený,“ hovorí Oost.
Znovuobjavenie hydroacylácie
Skupina spoločnosti Nuno Maulide vyvinula alternatívu ku konvenčnej hydroacylácii, ktorá nevyžaduje drahé kovy ani nevykazuje vyššie uvedené vedľajšie reakcie. „Úplne sme zmenili pravidlá hry hydroacylácie,“ hovorí Nuno Maulide, profesor organickej syntézy na viedenskej univerzite.
Vedci ako východiskový materiál použili iný typ karbonylovej zlúčeniny: stabilné a robustné karboxylamidy. „Skúmame selektívnu aktiváciu amidov už niekoľko rokov,“ vysvetľuje Maulide. "Teraz sme našli spôsob, ako ich prinútiť reagovať s alkénami, akoby išlo o aldehydy. Výsledkom je nová forma hydroacylácie," uviedol vedec roku 2018.
„S touto novo vyvinutou reakciou môžete k syntéze ketónov zvoliť úplne nový prístup. Doteraz neexistoval spôsob, ako vyrobiť určité ketóny pomocou hydroacylácie, napríklad s inými reaktívnymi skupinami v tej istej molekule, kvôli obmedzeniam pôvodnej reakcie Selektívne modifikujte aktívne zložky a liečivá amidovou skupinou. To otvára úplne nové možnosti pre syntézu čistých chemikálií, “hovorí šťastne Maulide.
Zložitý mechanizmus a hodnota spolupráce
„Z mechanického hľadiska táto atypická reakcia ukazuje niektoré zložité zmeny,“ vysvetľuje Leticia González, profesorka teoretickej chémie na viedenskej univerzite. Vedci pomocou výpočtov podporovaných počítačom dokázali pochopiť základné kroky tejto novej reakcie. „Obzvlášť zaujímavým krokom je takzvaný hydridový prenos, pri ktorom atóm vodíka migruje do vzdialenej časti molekuly a vezme so sebou dva elektróny,“ vysvetľuje Boris Maryasin, tiež z Ústavu pre teoretickú chémiu a spoluautor práce. „Tieto a ďalšie podrobnosti nám budú sprístupnené prostredníctvom teoretického modelovania reakcie“.
Vzájomná súhra medzi experimentálnou organickou chémiou a teoretickou chémiou umožňuje vedcom získať presný obraz o tom, čo sa deje počas reakcie. "Toto je skutočná hodnota tímovej práce. Sami by nebolo možné, aby sme jednoznačne vysvetlili mechanizmus reakcie, naši kolegovia z teoretickej chémie by sami nemali prístup k experimentálnym výsledkom z laboratória. To je kľúčom k vedeckej spolupráci kdekoľvek." celá vec je viac ako súčet jednotlivých častí “, uzatvára Maulide.