Heterogen kobberfotokatalyse til produktion af forskellige bioaktive forbindelser

Professor Jian He, fra Institut for Kemi ved University of Hong Kong (HKU), har stået i spidsen for en forskningsindsats, der sigter mod at revolutionere organisk syntese. Hans forskerhold har med succes udviklet en ny heterogen kobberfotokatalysator, der muliggør effektiv dannelse af cyclobutanringe, et afgørende strukturelt element i en bred vifte af bioaktive molekyler.

Cyclobutanringe er fremtrædende i lægemidler, naturlige produkter og forskellige biologisk aktive forbindelser. Ved at gøre det muligt for forskere at konstruere disse ringe nemt og selektivt, har professor Hes team låst op for større kontrol over syntesen af ​​disse vitale molekyler. Forskningsresultaterne er for nylig blevet offentliggjort i Nature Catalysis .

I de seneste to årtier er fotokatalysatorer med synligt lys blevet anvendt til at drive sådanne transformationer gennem fotokemiske [2+2] cycloadditioner; deres substratomfang har dog været begrænset. Desuden er eksisterende fotokatalytiske systemer ofte afhængige af homogene ædelmetalkatalysatorer, som udgør udfordringer i katalysatorgenbrug og hindrer organisk syntese i stor skala.

For at løse disse begrænsninger har professor He og hans team udviklet en innovativ heterogen kobberfotokatalysator. Denne katalysator letter effektivt energioverførselsprocesser for en række intermolekylære krydsede [2+2] cycloadditioner, inklusive dem, der tidligere var utilgængelige i konventionel homogen fotokatalyse. Dette nye reaktionssystem har fremragende katalysatorstabilitet og genanvendelighed, og det er ikke afhængigt af ædle metaller, hvilket gør det mere økonomisk og miljømæssigt bæredygtigt.

Professor He udtrykte stor begejstring for den potentielle virkning af denne opdagelse, idet han udtalte:"Vores nye heterogene kobberfotokatalysator åbner nye muligheder for at syntetisere bioaktive molekyler med øget effektivitet og selektivitet. Ved at eliminere afhængigheden af ​​ædle metaller og forbedre katalysatorens genanvendelighed har vi adresseret kritiske udfordringer i storskala organisk syntese, der baner vejen for mere bæredygtig og økonomisk levedygtig kemisk produktion."

Nøgleresultater

I denne undersøgelse udviklede holdet en særlig slags kobberfotokatalysator, der kan hjælpe med at gøre cyclobutanmolekyler mere effektivt. De fremstillede med succes en stabil heterogen kobbertriplet fotosensibilisator ved at konstruere binap-ligerede heteroleptiske kobber(I)-komplekser i porerne i zirconium-baserede metal-organiske rammer (MOF'er).

Ved heterogenisering viser reaktive kobber(I)-arter i fotoexciterede tilstande øgede overgangsenergier og levetid, hvilket er essentielt for at øge den katalytiske effektivitet i energioverførselsmedierede [2+2]-cykloadditioner af styrener med en række forskellige olefiner, herunder elektronmangel. alkener.

I modsætning til de tilsvarende homogene kobberfotokatalysatorer udviser den MOF-understøttede kobberfotokatalysator høj stabilitet og katalytisk aktivitet og kan genbruges flere gange uden katalysatornedbrydning.

Dette arbejde giver en generel og tværfaglig tilgang til at designe meget reaktive kobberfotokatalysatorer til en lang række praktiske organiske reaktioner, og det kan hjælpe med at gøre processen med at producere forskellige bioaktive forbindelser lettere og mere effektiv i fremtiden.

Flere oplysninger: Jun Guo et al., Synligt lys-medieret intermolekylære krydsede [2+2] cycloadditioner ved hjælp af en MOF-understøttet kobbertriplet fotosensibilisator, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-024-01112-9

Leveret af University of Hong Kong