Forskere har fundet en måde at skabe lægemiddelmolekyler ud fra kulilte

Forskere fra RUDN Universitet har i samarbejde med russiske og udenlandske kolleger studeret reduktive amineringsreaktioner. De nye reaktioner og katalytiske systemer baseret på dem har anvendelser i organisk syntese, og kunne også sætte skub i produktionen af ​​medicinske stoffer og landbrugskemikalier i fremtiden. Undersøgelsen blev offentliggjort i Organisk og biomolekylær kemi .

Højtydende atomeffektive reaktioner er afgørende for bæredygtig udvikling i moderne industri. Atomeffektivitet af en reaktion betyder, at ideelt set, alle de atomer, der indgår i en kemisk reaktion, skal forlade den som en del af det ønskede produkt. Men verden er langt fra ideel - antallet af fuldstændig atomeffektive reaktioner med et 100 procents udbytte er meget lille. For eksempel, i organisk syntese, komplekse borhydrider bruges ofte som reduktionsmidler. I praksis, 1 kg af det ønskede produkt i reaktionen giver sammenlignelige mængder fast affald, der kræver særlig bortskaffelse.

I denne forstand, brint ser ud til at være et næsten perfekt reduktionsmiddel, der absorberes fuldstændigt af reagenserne. Imidlertid, ren brint fremstilles af naturgas som et resultat af en tre-trins syntese. Dette er en meget energikrævende proces, der kræver høje temperaturer (op til 800°C) og yderligere katalysatorer. Forskernes idé var at lave et sådant stof til et reduktionsmiddel, der ikke ville kræve meget energi at blive produceret og ikke ville skabe væsentligt affald i mængder, der er svære at genanvende.

Derfor, forskerne foreslog at bruge kulilte (CO) som et reduktionsmiddel i organisk syntese. Kulilte kommer i enorme mængder under stålproduktion og er billigt.

"I øjeblikket, kulilte forbrændes simpelthen til kuldioxid. Vi foreslår at bruge kulilte til at udføre vigtige organiske syntesereaktioner - f.eks. at syntetisere aminer, som er til stede i et betydeligt antal lægemidler, og andre værdifulde molekyler. Kuldioxid produceres som et biprodukt, og industrien ved allerede, hvordan man bruger det, " siger hovedforfatteren til undersøgelsen, Dr. Denis Chusov.

Det offentliggjorte papir omhandler katalytisk reduktiv aminering med carbonmonoxid som reduktionsmiddel i nærvær af iridium-baserede katalysatorer. Amination, reaktionen ved at indføre en aminogruppe -NH ₂ (eller dets derivater -NHR eller -NR ₂ , hvor R er et organisk radikal) til organiske forbindelser, bruges til at skabe molekyler med bestemte egenskaber. Substituerede carbonhydrider er forbindelser afledt af carbonhydrider, hvor et eller flere hydrogenatomer er erstattet af atomer af andre grundstoffer. Dette kræver metoder til at knytte grupper til kulstofskelettet i strengt definerede positioner.

Hoveddelen af ​​undersøgelsen offentliggjort i Organisk og biomolekylær kemi blev udført af elever, der slet ikke havde nogen erfaring. Forskere har vist, at komplekse forbindelser af iridium med jod og et organisk molekyle cyclopentadien er de mest katalytisk aktive (hvilket optræder i accelerationen af ​​reaktionen). De afslørede tidligere ukendte regelmæssigheder i løbet af denne reaktion, hvilket bidrager til dens dybere grundlæggende forståelse og mere rimelig praktisk anvendelse.

"Den udviklede reaktion forløber ved et tryk på 30 atmosfærer kulilte, som leveres ved arbejde i autoklaver. Autoklaver kan virke svære at implementere i starten, alligevel, der er mange processer i industrien, der kræver væsentligt højere tryk, så der er ikke noget ekstraordinært. I øvrigt, hydrogenering i laboratorier udføres også ofte i dem. Ved at variere katalysatoren, vi kan reducere trykket til atmosfærisk, men de videnskabsmænd, der har arbejdet med autoklaver, foretrækker dem frem for almindelige laboratorieglasvarer. Autoklaver er svære at bryde, opløsningsmidlet kan ikke koge ud, oparbejdningen af ​​reaktionsblandingen er enkel, " siger Denis Chusov.

Reaktionen katalyseret af iridium med jod og cyclopentadien viste sig at være tolerant over for en lang række funktionelle grupper, det er, at være meget selektiv. Mange reagenser kan udføre den nødvendige transformation, men de ødelægger vigtige fragmenter af molekylet i processen, hvilket betyder, at de udviser manglende tolerance. I sådanne tilfælde, man skal forlænge syntesen af ​​det ønskede molekyle, indføre yderligere beskyttelsesgrupper, udføre reaktionen, og fjern derefter beskyttelsesgrupperne. Som resultat, produktionen af ​​værdifulde molekyler bliver mere arbejdskrævende, og omkostningerne ved det endelige produkt og mængden af ​​affald stiger. I fremtiden, forskere planlægger at fokusere på at bruge kulilte som et reduktionsmiddel i reduktive amineringsreaktioner i syntesen af ​​medicinske stoffer og landbrugskemikalier.

Forskere planlægger at fortsætte forskningen i to retninger. En af dem er at studere de reducerende egenskaber af kulilte for at detektere nye højaktive katalytiske systemer. Udover, brugen af ​​carbonmonoxid som reduktionsmiddel øger nye opdagelser af reaktionerne, som tidligere ikke kunne udføres på grund af den manglende tolerance over for funktionelle grupper med de eksisterende reduktionssystemer.