Wie kurz ist eine Sekunde? Die Dauer einer Sekunde kann als ein 86.400stel eines 24-Stunden-Tages definiert werden. Ein Hochgeschwindigkeitszug mit einer Geschwindigkeit von 300 km/h kann in einer Sekunde eine Strecke von 83 Metern zurücklegen. Im Durchschnitt dauert das Blinzeln einer Person 0,3 Sekunden, sodass innerhalb einer Sekunde drei Blinzelvorgänge stattfinden können. Ein gemeinsames Forscherteam von POSTECH hat eine Synthesemethode für eine fluorbasierte Verbindung über eine schnelle Mischreaktion zwischen einer gasförmigen Komponente und einer Flüssigkeit vorgeschlagen, die weniger als eine Sekunde dauert.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Dong-Pyo Kim und Jeong-Un Joo (Abteilung für Chemieingenieurwesen bei POSTECH) sowie Professor Heejin Kim und Hyune-Jea Lee (derzeit Forscher am Samsung Advanced Institute of Technology) von der Abteilung für Chemie an der Korea University hat erfolgreich eine neue Methode zur Synthese des Trifluormethyl-Zwischenprodukts (-CF3) aus Fluoroform (CHF3) entwickelt.
Dabei kommt ein spezieller Reaktor zum Einsatz, der eine ultraschnelle Vermischung von Gas und Flüssigkeit ermöglicht. Diese Methode bietet vielversprechende Aussichten für die Synthese neuartiger fluorbasierter Arzneimittel. Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturkommunikation.
Fluor kommt in der Natur nicht in reiner Form vor, sondern kommt ausschließlich in Form verschiedener chemischer Verbindungen vor. Natriumfluorid, eine fluorhaltige Verbindung, wird aufgrund seiner Fähigkeit, die Zähne zu beschichten und Karies vorzubeugen, als Bestandteil von Zahnpasta verwendet.
Jüngste Studien haben das Potenzial synthetischer fluorhaltiger Arzneimittelmoleküle hervorgehoben, da sie eine hohe Permeabilität in Zellmembranen erkrankter Gewebe besitzen und eine starke Bindungsaffinität gegenüber Proteinen aufweisen. Daher besteht ein wachsendes Interesse an der Entwicklung fluorhaltiger Arzneimittel.
Es gibt verschiedene Ansätze zur Synthese von Trifluormethyl. Die kostengünstigste Methode besteht jedoch darin, ein Wasserstoffatom aus Fluoroform, einem einfachen Vorläufer, durch ein anderes Element oder eine andere funktionelle Gruppe zu ersetzen. Allerdings ist gasförmiges Fluoroform flüchtig, was das Mischen mit Flüssigkeiten erschwert und eine geringe Reaktivität aufweist. Darüber hinaus zersetzt es sich sofort und erfordert die Zugabe einer Substanz, die damit reagieren kann. Leider kann dieser Prozess zu unbeabsichtigten chemischen Reaktionen führen, die zu einer geringen Ausbeute an Trifluormethyl führen.
Um die Herausforderung der Synthese von Trifluormethyl aus Fluoroform zu bewältigen, entwickelte das Forschungsteam einen neuartigen Gas-Flüssigkeits-Reaktor mit einem zickzackförmigen Kanal und hochpermeablen, nicht porösen Membranen, die zwischen oberen und unteren Kanälen angeordnet sind. Diese Konfiguration ermöglichte das Verwirbeln und Mischen von Superbase, einer zur Dehydrierung verwendeten Flüssigkeit, und gasförmigem Fluoroform im Reaktor.
Indem das Team Fluoroformblasen in kleinere Stücke zerbrach, um die Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit zu vergrößern, konnte es effektiv Trifluormethylanion (CF) herstellen3-). Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen stellten sie effektiv ein Fluorid-Zwischenprodukt her, ohne dass Stabilisatoren oder Zusatzstoffe erforderlich waren.
Das Forschungsteam synthetisierte eine Verbindung auf Fluorbasis, indem es sofort eine Verbindung hinzufügte, die mit dem Fluoridanion-Zwischenprodukt reagiert. Der gesamte Prozess, der die Bildung eines Fluoranion-Zwischenprodukts aus Fluoroform beinhaltete, erfolgte innerhalb einer Sekunde. Das Team maximierte die Bildung eines Trifluormethylanions, das bekanntermaßen kurzlebig ist, und ermöglichte schnell die anschließende Reaktion, bevor sich das Zwischenprodukt zersetzte.
Diese Methode ermöglichte eine verbesserte Ausbeute an fluoridbasierten Verbindungen und führte eine robuste Technik für die Synthese von fluorbasierten Arzneimitteln ein.
Die Forschungsergebnisse haben erhebliche Auswirkungen auf industrielle Anwendungen bei der wirtschaftlich effizienten Synthese von Fluoridverbindungen, machen sie praktischer und tragen wesentlich zu Studien zu mehreren instabilen Zwischenprodukten bei.
Mehr Informationen:
Hyune-Jea Lee et al., Ex-situ-Erzeugung und synthetische Nutzung von reinem Trifluormethylanion im Fluss durch schnelles zweiphasiges Mischen, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-022-35611-9