En ny metode til dannelse af fluorerede molekylære ringe

Farvestoffer, lægemidler, og funktionelle materialer er generelt baseret på innovative molekyler fremstillet af kemikere. Til deres produktion, flere kemiske reaktioner er tilgængelige, men der er begrænsninger. For eksempel, fluorerede forbindelser, molekyler, der indeholder mindst et fluoratom, er ofte svære at forberede. Dette er ærgerligt, da de udviser interessante kemiske egenskaber og har stor betydning for udviklingen af ​​aktive ingredienser. Dermed, forskere søger nye teknikker til fremstilling af disse forbindelser.

Kemikere fra Westfälische Wilhems-Universität (WWU) har udviklet en ny og praktisk syntetisk metode til dannelse af sådanne fluorerede tredimensionelle "mættede" (betyder kun enkeltbindingsholdige) molekylære ringstrukturer. Undersøgelsen er netop blevet offentliggjort online i tidsskriftet Videnskab .

"Jeg føler, at vores resultater er et gennembrud. Det kan have stor betydning for en effektiv produktion af nye molekyler og, følgelig, nye lægemidler, plantebeskyttelsesmidler og funktionelle materialer, ”siger Frank Glorius.

Hans nye syntetiske metode starter fra flad, aromatiske ringstrukturer opbygget af kulstof og bærende fluoratomer. Disse udgangsmaterialer inkluderer billige, kommercielt tilgængelige forbindelser og dem, der let kan fremstilles.

Lettet af en katalysator, kemikerne tilføjede hydrogenatomer ("hydrogenering") selektivt til den ene side af ringsystemet. Kemikere og biokemikere definerer katalysatorer som enzymer eller molekyler, der kan fremskynde eller muliggøre visse reaktioner. En selektiv tilføjelse tillader kontrol af egenskaberne af de resulterende produkter, for eksempel, opløseligheden, den samlede tilstand eller polariteten. Et molekyle anses for at være polært, hvis ladninger adskilles for at resultere i flere negative og mere positive molekylfragmenter. Produkterne produceret i denne undersøgelse indeholder de mere negativt ladede fluoratomer på den ene side og de mere positivt ladede hydrogenatomer på den anden side af ringen.

Mange fluorerede aromatiske udgangsmaterialer blev med succes omdannet til de ønskede produkter af gruppen. Glorius siger, "De vedhæftede fluoratomer reducerer reaktiviteten af ​​de i forvejen ikke særlig reaktive aromatiske udgangsmaterialer i den katalytiske hydrogenering endnu mere. Dette gælder især for substrater, der indeholder flere fluoratomer. Endnu mere udtalt er carbon-fluorbindingens følsomhed over for hydrogenering, generelt fører til tab af fluoratomet. "

Mange undersøgelser af fortiden rapporterede dette sidste problem. Bemærkelsesværdigt, den nye syntetiske metode tillader fluoratomer at tolerere den katalytiske hydrogenering. "Vi har identificeret et katalysatorsystem, der er kraftigt nok til at overvinde den aromatiske stabilisering. Alligevel er det mildt nok til at bevare carbon-fluor-bindingerne." Som en katalysator, forskerne brugte en kombination af ædelmetal rhodium og en særlig elektronrig carbene ligand (et specielt metalbindende molekyle), der i høj grad påvirker egenskaberne af katalysatoren.

Første forfatter Mario Wiesenfeldt siger, "Den nye metode giver overraskende enkel adgang til et fascinerende strukturmotiv:cyklisk, mættet og fluoriseret selektivt på det ene ansigt. Mange af produkterne er kendetegnet ved et højt polaritetsniveau. "

Forbindelsen "all-cis-1, 2, 3, 4, 5, 6-hexafluorocyclohexan, "hvor den mættede seksledede carboncyklus indeholder det maksimale antal seks fluoratomer på den samme overflade af ringen, repræsenterer et af de mest polære organiske molekyler, der er kendt til dato. I 2015, denne bemærkelsesværdige forbindelse blev først udarbejdet og rapporteret af prof. David O'Hagan fra University of St. Andrews i Skotland. Imidlertid, hans team krævede en 12-trins syntetisk sekvens for dets dannelse. Den nye metode tillader dannelse af denne og mange beslægtede forbindelser i et bekvemt enkelt trin, hvilket tillader dannelse af større mængder.

"Hydrogenering er en attraktiv og ofte meget ren syntesemetode, "siger Frank Glorius." Et særligt fremtrædende eksempel er dannelsen af ​​ammoniak gennem Haber-Bosch-processen, hydrogenering af nitrogen, forbruger mere end 1 procent af verdens årlige energiforsyning. Det er af grundlæggende betydning for menneskehedens ernæring, da det tjener som grundlag for produktion af nitrogengødning, blandt andre."