Die traditionell umständliche, aber weit verbreitete Birkenreduktion kann nun mithilfe eines optimierten mechanochemischen Ansatzes in nur einer Minute an Luft durchgeführt werden.
Die Birch-Reduktion ist eine Reaktion, die üblicherweise zur Herstellung von Medikamenten und bioaktiven Verbindungen verwendet wird, aber der mühsame Prozess erfordert typischerweise, dass Chemiker mit flüssigem Ammoniak umgehen, kryogene Temperaturen verwenden und zeitaufwändige Schritte durchführen.
Forscher am Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) an der Hokkaido University haben eine vereinfachte Methode zur Durchführung der Birch-Reduktion entwickelt, die die Verwendung von Ammoniak vermeidet, bei Raumtemperatur und in Umgebungsluft durchgeführt werden kann und 20– 150 Mal schneller als herkömmliche Methoden. Ihre Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie.
Eine Reihe von Verfahren auf Lithiumbasis zur Durchführung der Birch-Reduktion in Lösung wurde bereits entwickelt, aber da Lithium sowohl mit Luft als auch mit Wasser reagiert, erforderten diese Verfahren immer noch komplizierte Reaktionsaufbauten mit einer inerten Atmosphäre oder dehydrierten Bedingungen. Die Forscher in dieser Studie sahen eine Möglichkeit, diese Probleme zu vermeiden, indem sie von einer lösungsbasierten Methode zu einer lösungsmittelfreien Methode mit einer Kugelmühle wechselten, bei der die Reaktanten schnell in einem kleinen Metallgefäß zusammen mit einer Metallkugel geschüttelt werden, die den Feststoff zertrümmert Reaktanten zusammen.
„In früheren Studien haben wir festgestellt, dass die Verwendung einer Kugelmühle für Reaktionen von Metallen wie Magnesium und Calcium mit organischen Verbindungen die Reaktionsgeschwindigkeit verbessert und den Prozess stark vereinfacht“, sagte Co-Autor Associate Professor Koji Kubota. „Auf dieser Grundlage fragten wir uns, ob wir einen einfacheren Birch-Reduktionsprozess entwickeln könnten, indem wir Reaktionen von Lithiummetall mit aromatischen Verbindungen in einer Kugelmühle durchführen.“
Der Schlüssel zu dieser Strategie besteht darin, dass der mechanische Aufprall der Kugel die Oberflächenschicht auf dem mit der Luft reagierten Lithium durchbricht, das reine Lithium darunter den anderen Reaktanten aussetzt und die Birch-Reduktion ermöglicht. Dieser Ansatz kann in Umgebungsluft und bei Raumtemperatur durchgeführt werden, was ein viel einfacheres Verfahren ergibt.
Die Forscher demonstrierten die Vielseitigkeit des Verfahrens und testeten es erfolgreich mit einer Vielzahl organischer Verbindungen, einschließlich pharmazeutischer Zwischenprodukte und anderer bioaktiver Moleküle. In den meisten Fällen war die Birch-Reduktion in einer erstaunlich schnellen Minute abgeschlossen.
Das Verfahren wurde erfolgreich auf größere Chargen im Grammmaßstab skaliert, und das Team glaubt, dass diese Technik die vereinfachte Synthese einer Vielzahl von Molekülen ermöglichen und gleichzeitig einen wichtigen Fortschritt in der Mechanochemie darstellen könnte.
„Die Birkenreduktion wird in großem Umfang in der Arzneimittelforschung und in verschiedenen chemischen Industrien eingesetzt, und unsere Forschung hat bedeutende Fortschritte gemacht, was zu einem viel einfacheren und umweltfreundlicheren Birkenreduktionsprozess geführt hat“, kommentierte Professor Hajime Ito, der die Studie leitete. „Wir erwarten, dass dieser Durchbruch die Arzneimittelforschung und verschiedene andere Bereiche der chemischen Forschung beschleunigen wird.“
Mehr Informationen:
Yunpeng Gao et al, Mechanochemical Approach for Air‐Tolerant and Extremely Fast Lithium‐Based Birch Reductions in Minutes, Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie (2023). DOI: 10.1002/ange.202217723