Lysbaseret produktion af lægemiddel-opdagelsesmolekyler

Fotoelektrokemiske (PEC) celler er bredt undersøgt for omdannelse af solenergi til kemiske brændstoffer. De bruger fotokatoder og fotoanoder til at "spalte" vand til henholdsvis brint og oxygen. PEC-celler kan arbejde under milde forhold med lys, hvilket gør dem også velegnede til andre katalyserende reaktioner, der gør organiske molekyler til kemikalier med høj værditilvækst, som dem der bruges til at udvikle lægemidler.

Imidlertid, PEC-celler er sjældent blevet brugt i organisk syntese hidtil, undtagen i nogle nyere konceptuelle forsøg, der kun har testet en håndfuld simple substrater. Samlet set, PEC-celler forbliver stort set uudforskede for bredspektrede syntetiske metoder af funktionelle organiske molekyler.

De kunne ikke desto mindre vise sig at være mest nyttige i en af ​​de mest tiltalende syntetiske metoder til lægemidler og agrokemikalier, kaldet "direkte aminering". Det involverer tilføjelse af en amingruppe til et organisk molekyle uden at præaktivere molekylet ved et yderligere procestrin.

Direkte aminering kræver normalt høje temperaturer, og har også brug for det, der er kendt som en "styrende gruppe - en kemisk enhed, der fikserer reaktionsstedet, men som ikke har andre funktioner, og som ofte skal fjernes, før den nye forbindelse anvendes i applikationer.

Nu, Xile Hu og Michael Grätzels laboratorier ved EPFL's Institute of Chemical Sciences and Engineering (ISIC) har udviklet en ny metode til at aminere arener - kulbrinter med en ring i deres struktur - uden behov for en styregruppe.

"Vores metode er operationelt enkel og kan bruges til at syntetisere en bred vifte af nitrogenholdige heterocykler, der er relevante for lægemiddelopdagelse, " skriver Lei Zhang, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen. Beviser pointen, forskerne brugte deres metode til at lave flere farmaceutiske molekyler, herunder derivater af det muskelafslappende middel metaxalone og det antimikrobielle benzethoniumchlorid.

Baseret på en PEC-celle, metoden katalyserer reaktionen med lys og de lave omkostninger, Jordrigtig halvlederhæmatit. "Pionerundersøgelser i Michael Grätzels laboratorium har givet robuste hæmatitprøver, der er effektive til vandspaltning, men hæmatit er aldrig blevet brugt til at katalysere organisk syntese, " siger Hu.

I den aktuelle undersøgelse, hæmatit viste sig at fungere godt til direkte aminering under synligt lys, mens dens høje stabilitet lover en lang levetid som en fungerende katalysator. Og fordi den høster lys, den fotoelektrokatalyse, der bruges her, bruger mindre energi end direkte elektrokatalyse.

"Dette er en vigtig demonstration af princippet for at bruge PEC-celler til produktion af kemikalier og lægemidler med høj værditilvækst, " siger Hu. "Værket kombinerer to traditionelt adskilte felter, nemlig fotoelektrokemi og organisk syntese. Der er masser af uudnyttede muligheder for denne tilgang, og vi er spændte på at udforske disse muligheder yderligere."