Uusi menetelmä käyttää sähköä helpompaa, halvempaa ja ympäristöystävällisempiä kemioita varten

Anonim

Scripps Research Instituten (TSRI) tutkijat ovat löytäneet uuden ja paremman tavan saavuttaa kemiallinen reaktio, jota käytetään laajalti lääke-, maku- ja tuoksuteollisuudessa.

Perinteiset "allyylihapettumisen" menetelmät käyttävät tyypillisesti toksisia ja / tai kalliita reagensseja, kuten kromia, ruteniumia tai seleeniä. Tämä suurelta osin estää reaktion käyttämistä teollisuudessa, esimerkiksi lääkkeiden valmistuksessa. Sitä vastoin TSRI-kemistien uusi menetelmä on helposti skaalautuva: se käyttää vain halpoja, turvallisia kemikaaleja sekä vanhanaikaista sähkökemiaa - ajoa sähkövirtaa.

"Ilmaisee, että yksi parhaista reagensseista, joita voit ostaa, istuu pistorasiassa", sanoi TSRI: n kemian professori Darren Shiley -professori Phil Baran.

Yhteistyössä Bristol-Myers Squibbin ja Kiinassa toimivan Asymchem Life Sciencein farmaseuttisten kemistien kanssa Baran ja hänen tiiminsä osoittivat uuden tekniikan arvon käyttämällä sitä yli 40 halutun yhdisteen valmistamiseksi - paljon halvempaa, puhtaampaa ja skaalautuvampaa kuin olemassa olevat menetelmät sallivat.

"Reaktion laajuus on vain ilmiömäinen, se on erittäin helppo tehdä, ja ympäristön kestävyyden yleinen parantaminen on dramaattista", Baran sanoi.

Teos julkaistiin 20. huhtikuuta 2016 Nature -lehdessä.

Vain pieni happi

Allyylihapettumisreaktiot liittävät olennaisesti happea hiiliin atomiryhmässä, jota kutsutaan allyyliryhmäksi - yhteinen piirre orgaanisille molekyyleille. Tämän yhden happiatomin lisääminen voi aiheuttaa suuren muutoksen yleisen molekyylin ominaisuuksissa, ja siten allyylihapetusta käytetään koko kemian alueella, toisinaan parantamaan olemassa olevan yhdisteen ominaisuuksia ja toisinaan mahdollistamaan muulla tavalla saatavissa olevan yhdisteen synteesi vain kasveista.

Koska suurin osa aiemmin julkaistuista allyylihapettumisreaktioista käyttää reagensseja, jotka ovat joko myrkyllisiä tai kalliita tai molempia, ne on lähes kokonaan rajoitettu pienimuotoisiin sovelluksiin, joiden myrkyllisen jätteen kuormitus on helposti hallittavissa.

Useita vuosia sitten Baran ja hänen laboratorionsa pyrkivät löytämään halvempaa ja ympäristöystävällisempää tapaa suorittaa allyylihappoja, jotta ne voisivat olla hyödyllisiä suuremmilla asteikoilla. Tiimin alkuperäinen kirjallisuushautio johti siihen, että japanilaiset tutkijat julkaisivat melko hämärän sähkökemiallisen menetelmän vuonna 1985. Menetelmällä oli liian alhainen tuotto, jotta se olisi hyödyllinen, mutta se osoitti, miten parempi menetelmä ei vaadi yhtä monta ongelmallista reagenssia, jota käytetään muissa allyylihapettumissa.

Virta yksinkertaisesta akusta

Laajan kokeilun jälkeen Baran ja hänen kollegansa, mukaan lukien yhteistyöhenkilöiden tutkija Evan J. Horn ja jatko-opiskelija Brandon R. Rosen, kehittivät uuden sähkökemiallisen menetelmän, jossa kaikki reagenssit ja muut asennustiedot ovat suhteellisen yksinkertaisia, edullisia ja ympäristöystävällinen.

Elektrodit, joita käytetään lähettämään virta reaktioastian läpi, on tehty lasimaisesta hiilestä ja maksaa vain muutaman dollarin kukin. Hapenlähde ei ole puhdasta O2-kaasua, joka pyrkii aiheuttamaan palo / räjähdysvaaran teollisuustasanteissa - mutta laajalti saatavilla oleva nestemäinen hapettimena tert-butyylihydroperoksidi. Perus ja liuotin ovat pyridiini ja asetoni, jotka ovat halpoja ja kaikkialla läsnä kemian laboratorioissa. Sähkökemiallinen välittäjä, joka auttaa poistamaan vetyatomeja alkuperäisiltä molekyyleiltä keilailemaan happea, johdetaan yhdessä vaiheessa myrkyttömästä, halvalla ja laajalti saatavasta palonestoaineesta. Sähkövirtaa säätelee potentiostat, jota puolestaan ​​voidaan ohjata kannettavalla tietokoneella; nykyinen lähde on yksinkertainen akku.

"Voit käyttää lyhty- akkua tai jopa auton akkua, jos haluat", Baran sanoi.

Baran ja hänen kollegansa aluksi osoittivat uuden menetelmän käyttämällä allyylihappoja muokkaamaan useita kiinnostavia yhdisteitä Bristol-Myers Squibbille (BMS), jolla on jatkuva tutkimusyhteistyö Baranin laboratorion kanssa.

Hän ja hänen TSRI-tiimensä osoittivat tämän jälkeen menetelmän yli tusinaa laajalti tunnetuiksi terpeenimäisiksi yhdisteiksi, jotka ovat suurta kiinnostusta apteekeille lääketeollisuudessa ja muualla.

"Me käytimme muun muassa menetelmää terpeenin luonnontuotteiden valmistamiseksi", sanoi Horn. "Muutamia näistä liittyi lääkekemian, mutta teimme myös joitain yhdisteitä, jotka ovat tärkeitä aromi-ja tuoksu teollisuus-tavaraa, joka haisee todella mukavaa."

Yhdellä reaktiolla saatiin vaikea saada nootkatone, luonnollinen yhdiste, joka auttaa antamaan greippien makua ja myös näyttää olevan turvallinen hyönteismyrkky.

Upeat parannukset

Lähes kaikissa näissä mielenosoituksissa uuden menetelmän etuja aikaisempiin menetelmiin verrattuna - paremmat tuotokset, turvallisemmat ja halvemmat reagenssit - olivat silmiinpistäviä.

"Yhden hapettumisen osalta aikaisempi menetelmä vaatii kromireagenssia 15: stä yhdestä suh- teesta hapettavan yhdisteen kanssa, mutta kykenimme tekemään samalla muutos sähköllä ja halvalla, turvallisella, teollisella hapettimella eikä kromilla", sanoo Rosen.

Chemistry at Asymchem Life Science, prosessi-suuntautunut sopimustutkimusorganisaatio, joka kiinnostui sähkökemiasta, teki yhden demonstraatioreaktion keskipitkällä 100 gramman mittakaavalla ja osoitti yksinkertaisuutensa ja kestävyytensä käyttämällä yksinkertaista rautakauppakourua niiden reaktioastiaan. "Tehdä tämä perinteisen kromin tai ruteniumreagenssin kanssa olisi aiheuttanut paljon liikaa myrkyllistä jätettä", Baran sanoi.

Baran ja hänen ryhmänsä TSRI: ssä seuraavat tätä tutkimusta tutkimalla mahdollisia tuoksu- ja makuaineisiin liittyviä sovelluksia ja toimivat myös yhteistyössä BMS: n ja Asymchemin kanssa kehittääkseen sähkökemiallisia menetelmiä reaktioille, jotka eivät ole allyylihappoa.

"Toivomme, " sanoi Baran, "että 10 vuoden kuluttua yrityksissä, kuten BMS-lääkekemistit ja prosessikemistit, käyttävät rutiininomaisesti sähkökemiaa, ja niillä kaikilla on potentiostatteja niiden liesituulettimissa vierekkäisten levyjen vieressä."

menu
menu