Præcis deuteration ved hjælp af tungt vand

NUS -kemikere har udviklet en mere effektiv metode ved hjælp af kraftig spaltning af vand til at bytte brintatomer på organiske molekyler med deres tungere fætre (deuterium) til farmaceutiske anvendelser.

Ved at inkorporere deuterium (en tung isotop af brint) i medicinske lægemiddelmolekyler, det kan forbedre deres stofskifte og samtidig bevare terapeutiske virkninger. Dette er fremkommet som en levedygtig strategi for udvikling af mere effektive lægemidler til medicinalindustrien. I denne proces, udvalgte hydrogenatomer i lægemiddelmolekylerne udveksles med deuteriumatomer i en proces kendt som deuterering. De resulterende carbon-deuterium (C-D) bindinger, der er stærkere (mere inerte) end carbon-hydrogen (C-H) bindingerne ændrer absorptionen, fordeling, og toksikologiske egenskaber ved lægemidlet. Dette udføres typisk ved hjælp af hydrogen/ deuterium (H/ D) udvekslingsprocessen. Processen involverer høje temperaturer, sure/ alkaliske reagenser og/ eller ædelmetalkatalysatorer, og udføres over flere cyklusser. Imidlertid, sådanne behandlingsbetingelser kan få lægemiddelmolekyler til at forringes, og mange uønskede bivirkninger kan forekomme på grund af tilstedeværelsen af ​​de forskellige molekylære funktionelle grupper.

Et team ledet af prof LOH Kian Ping, fra Institut for Kemi, NUS har i samarbejde med Shenzhen University udviklet en metode, der selektivt kan kontrollere deuterering af organiske molekyler (som kan bruges til lægemidler) og fungere under milde reaktionsbetingelser. Dette opnås ved at bruge en II-VI halvleder som katalysator til fotokemisk spildt tungt vand (D2O). D2O består af hydrogenisotopen deuterium og bruges som en kilde til deuteriumatomer i denne metode. I modsætning til konventionelle fremgangsmåder, der erstatter hydrogenatomet ved CH-bindingerne, denne metode udnytter de mere reaktive carbon-halogen (C-X) bindinger til stede i de organiske molekyler til dannelse af C-D bindinger. I denne nye metode, mængden af ​​deuteriumatomer og deres substitutionssted afhænger udelukkende af de C-X-bindinger, der er tilgængelige i molekylet. Det gør det også muligt at inkorporere deuterium trin-for-trin for følsomme biomolekyler.

CHEN Zhongxin, en ph.d. studerende, der arbejder på dette projekt, sagde, "Ultratynde, todimensionale nanosheets fremstillet af en II-VI halvleder udsættes for en sur forbehandling for at" åbne "deres nanoporer, så de bliver mere porøse. Dette øger deres fotokatalytiske aktivitet op til fire gange, når det bruges til at opdele det tunge vand."

"Anvendelsen af ​​tungt vand som deuteriumkilde er ideel, fordi det er ubrændbart, relativt lav i omkostninger og let at håndtere. Dette nye koncept for deuterering ved hjælp af tungvandssplitting kan potentielt anvendes på mange andre katalytiske reaktioner for at udvikle komplekse deutererede lægemidler og avancerede materialer, "tilføjede prof Loh.

Dette forskningsarbejde blev fremhævet af en perspektivartikel i Angewandte Chemie International Edition at forklare dens dybere konsekvenser og betydning for kemisamfundet.