Nitrogen kommer i den hurtige bane til kemisk syntese

Rice University-forskere har givet organiske kemikere et løft med deres seneste opdagelse af en et-trins metode til at tilføje nitrogen til forbindelser til lægemidler, pesticider, gødning og andre produkter.

Ris syntetisk organisk kemiker László Kürti sagde metoden, rapporteret i Journal of the American Chemical Society , er et stort skridt fremad, da det fremskynder og øger udbyttet af værdifulde molekyler kendt som alfa-aminoketoner.

Ketoner er kulstofbaserede forbindelser, der findes i naturen og vigtige råvarer til den kemiske industri. Den primære aminogruppe (NH2) er en funktionel gruppe, der findes i mange vigtige kemiske produkter. Den indeholder et nitrogenatom og to hydrogenatomer. Når en keton er funktionaliseret med en primær aminogruppe ved alfa-carbonet, det danner en forbindelse kaldet en primær alfa-aminoketon.

"Det er en god forløber, fordi der ikke er nogen ekstra funktionalisering, som en acylgruppe, på NH2 og den kan derefter konverteres til hvad du vil, " sagde Kürti, en lektor i kemi. "Tidligere dette var problemet:Folk ville putte nitrogen deri med ekstra funktionalitet, men den yderligere behandling, der var nødvendig for at komme til en gratis NH2, var kompliceret."

Postdoktor Zhe Zhou opdagede reaktionen, da han blandede en silylenolether og en nitrogenkilde i et almindeligt opløsningsmiddel, hexafluorisopropanol, ved stuetemperatur og fandt ud af, at det efterlignede Rubottom-oxidation, en etableret teknik til at oxidere enolethere.

"Oxygen anbringes rutinemæssigt i alfapositionen, " sagde Kürti. "Men nitrogen, ingen. Vi er de første til at vise, at dette er muligt i et stort antal substrater, og det er enkelt. Det viser sig, at opløsningsmidlet i sig selv katalyserer reaktionen."

Zhou og medforfatter og postdoc-forsker Qing-Qing Cheng forfinede metoden og testede den efterfølgende ved at lave 19 aminoketoner, inklusive tre syntetiske aminosyreprækursorer. "Disse unaturlige aminosyrer er vigtige for lægemiddeldesign, " sagde Kürti. "De enzymatiske processer i levende organismer vil ikke angribe dem, fordi de ikke passer i enzymernes lommer."

"Før vi havde denne proces, det var ikke umuligt at lave den slags strukturer, " sagde Zhou. "Det var bare meget kompliceret og tog mange skridt. Målet, generelt, er at få dem ved den mest direkte mulige metode."

Tidligere syntetiske processer udført af Kürti-laboratoriet eliminerede behovet for overgangsmetalbaserede katalysatorer til fremstilling af aminer for at forenkle den sædvanlige og ofte ineffektive trial-and-error-tilgang involveret i fremstillingen af ​​nye kemiske forbindelser som medicin. Metalbaserede katalysatorer, der fremskynder aminering - introduktionen af ​​amingrupper til et organisk molekyle - kan også forurene produktet, så den nye proces undgår dem også.

"Vores amineringsmetode lover at erstatte en almindelig tre-trins proces til fremstilling af alfa-aminoketoner, og udbyttet, sammenligneligt, er meget god, " sagde Zhou. "I standardprocessen, hvert trin reducerer udbyttet, så et-trins-processen er stadig overlegen, selvom udbyttet er identisk, fordi det tager kortere tid, og der er mindre risiko for, at noget går galt.

"Det sidste, du ønsker, er at få otte trin fra begyndelsen og så ødelægge det på det niende, fordi forholdene ikke er selektive nok, " sagde han. "At skære trin er altid gavnligt i organisk syntese."

Kürti var glad for at se hans konti på sociale medier lyse op med lykønskninger fra jævnaldrende og industrielle bekendtskaber ved udgivelsen af ​​avisen.

"Der er en ny tendens til funktionalisering på det sene stadie, hvor virksomheder med et eksisterende bibliotek af forbindelser kan tage 100 af dem og udføre et ekstra trin for at lave 100 nye forbindelser, " sagde han. "Så fra et intellektuelt ejendomsperspektiv, vores opdagelse er en stor gave til industrien. Dette er virkelig en perle af et fund."