Nouă metodă de sinteză pentru producția de cetone ecologică
Găsirea de noi metode în sinteza organică constituie baza pentru progresele în dezvoltarea medicamentelor farmaceutice, știința materialelor și biologia chimică și joacă astfel un rol central în viața noastră de zi cu zi. O echipă de cercetători de la Facultatea de Chimie a Universității din Viena a reușit acum să dezvolte o nouă metodă de sinteză a cetonelor. Rezultatele au fost publicate în revista „Nature Communications”.
Cetonele sunt molecule cruciale în chimie. Numele vă poate aminti de lucruri precum „dieta ketogenică”, care produce cetone din grăsimi stocate ca sursă de energie în ficat. Cu toate acestea, aceasta nu este o cercetare asupra nutriției, ci mai degrabă asupra metodelor prin care sunt fabricate aceste cetone.
Cetonele se caracterizează prin așa-numita lor grupă carbonil. Grupul carbonil conține întotdeauna o dublă legătură caracteristică carbon-oxigen și este una dintre funcționalitățile fundamentale din moleculele lumii noastre.
Există multe varietăți de cetone. Parțial în corpul nostru, cum ar fi testosteronul și cortizonul; sau în ingrediente active precum antibioticul moxifloxacină, opioidul oxicodonă sau raloxifenul, un modulator de estrogen, care i.a. utilizat pentru tratamentul osteoporozei. Chiar și așa-numita „cetonă de zmeură”, care este conținută în zmeură și este responsabilă pentru mirosul tipic al fructului, conține o grupare carbonil.
O sinteză solicitantă
Toate cetonele de mai sus sunt sintetizate - adesea în cantități uriașe. Cu toate acestea, sinteza nu este întotdeauna lipsită de probleme. În mod clasic, reacțiile sunt utilizate pentru sinteza cetonelor, care utilizează, printre altele, reactivi piroforici periculoși și duc la o mulțime de deșeuri care trebuie separate și eliminate. „Reacția chimică ideală pentru a produce cetone ar începe cu materii prime simple și ar genera deșeuri minime”, spune Dr. Jing Li, primul autor al studiului. „O astfel de reacție există deja: hidroacilare”, explică postdoc.
În hidroacilare, o aldehidă (de asemenea, un compus cu o grupare carbonil, dar cu un substituent hidrogen) reacționează cu o alchenă (de obicei materii prime ieftine din familia hidrocarburilor cu una sau mai multe duble legături carbon-carbon). „Dezavantajul hidroacilării este că necesită întotdeauna un catalizator scump pentru metalul de tranziție, cum ar fi rodiul, un metal rar și scump”, explică Rik Oost, coautor al lucrării. "În plus, reacția este destul de complicată și adesea însoțită de reacții adverse nedorite, ceea ce înseamnă că alegerea cetonelor care pot fi produse folosind hidroacilare este destul de limitată", spune Oost.
Reinventarea hidroacilării
Grupul lui Nuno Maulide a dezvoltat acum o alternativă la hidroacilarea convențională care nu necesită nici metale scumpe și nici nu prezintă reacțiile secundare menționate mai sus. „Am inversat complet regulile jocului de hidroacilare”, spune Nuno Maulide, profesor de sinteză organică la Universitatea din Viena.
Cercetătorii au folosit un tip diferit de compus carbonil ca materie primă: carboxilamide stabile și robuste. „Cercetăm activarea selectivă a amidelor de câțiva ani”, explică Maulide. "Acum am găsit o modalitate de a-i face să reacționeze cu alchenele ca și cum ar fi aldehide. Rezultatul este o nouă formă de hidroacilare", a spus omul de știință al anului 2018.
„Cu această reacție recent dezvoltată, puteți adopta o abordare complet nouă a sintezei cetonice. Până în prezent nu exista nici o modalitate de a produce anumite cetone prin hidroacilare, de exemplu cu alte grupuri reactive din aceeași moleculă, datorită limitărilor reacției inițiale. Cu noua noastră metodă, le putem folosi chiar Modificați selectiv ingredientele active și produsele farmaceutice cu un grup amidic. Acest lucru deschide posibilități complet noi pentru sinteza substanțelor chimice fine ", spune Maulide fericit.
Un mecanism complicat și valoarea de a lucra împreună
„Din punct de vedere mecanic, această reacție atipică arată unele rearanjări complexe”, explică Leticia González, profesor de chimie teoretică la Universitatea din Viena. Cu ajutorul calculelor asistate de calculator, cercetătorii au reușit să înțeleagă pașii elementari ai acestei noi reacții. „Un pas deosebit de interesant este așa-numitul transfer de hidrură, în care un atom de hidrogen migrează într-o parte îndepărtată a moleculei și ia doi electroni cu ea”, explică Boris Maryasin, tot de la Institutul de chimie teoretică și coautor al lucrării. „Aceste și alte detalii ne devin accesibile prin modelarea teoretică a reacției”.
Interacțiunea dintre chimia organică experimentală și chimia teoretică le permite oamenilor de știință să obțină o imagine exactă a ceea ce se întâmplă în timpul reacției. „Aceasta este valoarea reală a muncii în echipă. Singuri nu ar fi fost posibil pentru noi să elucidăm fără echivoc mecanismul reacției, colegii noștri din chimia teoretică nu ar fi avut acces la rezultatele experimentale din laborator pe cont propriu. totul este mai mult decât suma părților individuale ", conchide Maulide.