Chemiker erreichen PFAS-freie Synthese fluorierter pharmazeutischer und agrochemischer Verbindungen

Chemiker der Universität Amsterdam haben eine Methode entwickelt, um eine Reihe von Molekülen mit einer Trifluormethylgruppe auszustatten, die an ein Schwefel-, Stickstoff- oder Sauerstoffatom gebunden ist. Ihr Verfahren, das veröffentlicht In Wissenschaftvermeidet den Einsatz von PFAS-Reagenzien. Es bietet somit einen umweltfreundlichen Syntheseweg für pharmazeutische und agrochemische Verbindungen, die auf das Vorhandensein der Trifluormethylgruppe angewiesen sind.

Die unkomplizierte und effektive Methode wurde in der Flow Chemistry-Gruppe am Van ‚t Hoff Institute for Molecular Sciences unter der Leitung von Prof. Timothy Noël in Zusammenarbeit mit Forschern aus Italien, Spanien und Großbritannien entwickelt, sowohl aus der Wissenschaft als auch aus der Industrie. Die Anwendung der Prinzipien der Flow Chemistry, bei der Reaktionen in geschlossenen Systemen kleiner Röhrchen stattfinden, sorgt für eine sichere und kontrollierte Chemie. Sie bietet außerdem mehr Vielseitigkeit und Flexibilität als gängigere Verfahren mit herkömmlichen chemischen Glaswaren.

Umweltfreundlicher

Viele pharmazeutische Verbindungen (wie Antidepressiva) sowie agrochemische Verbindungen (wie Pestizide) profitieren von der Anwesenheit einer Trifluormethylgruppe (-CF3). Sie erhöht die Hydrophobie und die metabolische Stabilität, wodurch die Wirksamkeit verbessert und die erforderliche Dosis oder Konzentration gesenkt wird.

Um die Fluoratome in diese Moleküle einzuführen, erfordert ihre Synthese oft maßgeschneiderte fluorierte Reagenzien. Viele davon gehören zur Familie der PFAS-Verbindungen und werden daher künftigen gesetzlichen Regelungen unterliegen. Das jetzt im Papier vorgestellte Syntheseprotokoll bietet eine praktikable Alternative, da es nur Cäsiumfluoridsalz als Fluorquelle erfordert. Eine solche PFAS-freie Synthese fluorierter Wirkstoffe kann eine umweltfreundlichere Option für die Synthese pharmazeutischer Verbindungen darstellen, was Wissenschaftler von AstraZeneca dazu motivierte, an der Forschung teilzunehmen.

Darüber hinaus ermöglicht das neue Syntheseprotokoll die Kopplung der CF3-Gruppe über ein Schwefel- (S), Stickstoff- (N) oder Sauerstoffatom (O). Solche fluorierten Motive verleihen Arzneimittelmolekülen und Agrochemikalien einzigartige Eigenschaften und beeinflussen ihre Lipophilie, Oxidationsbeständigkeit und Säure-Base-Eigenschaften.

Integriertes Durchflusssystem

Das Papier präsentiert ein vielseitiges mikrofluidisches Durchflussmodul zur Erzeugung reaktiver N–, S– und O–CF3-Anionen. Diese werden in einem Festbett-Durchflussreaktor hergestellt, der das Cäsiumfluoridsalz enthält. Geeignete (S-, O- oder N-haltige) Vorläufer werden dann durch diesen Reaktor geleitet. Sie werden aufgrund der großen Oberfläche des Salzes im Festbett und der verbesserten Durchmischung der organischen Zwischenprodukte mit hoher Effizienz fluoriert. Wichtig ist, dass dieser Ansatz auch eine erhöhte Sicherheit bietet, da alle gebildeten Zwischenprodukte im mikrofluidischen System enthalten sind.

Ein weiteres wichtiges Merkmal des Systems ist die Integration des Anionenerzeugungsmoduls mit einem nachgeschalteten Reaktionsmodul. Dort reagieren die N–, S– oder O–CF3-Anionen mit entsprechenden Substraten, um pharmazeutische und agrochemische Wirkstoffe als gewünschte Endprodukte zu erzeugen.

Umsetzung im akademischen und industriellen Kontext

In Kombination bilden das Anionengeneratormodul und der nachgeschaltete Reaktor eine optimierte Plattform für die Derivatisierung von Molekülen mit N-, S- und O-CF3-Motiven. Dieser innovative Ansatz dürfte die Entwicklung neuer Arzneimittel beeinflussen, indem er deren Eigenschaften verbessert und gleichzeitig die Sicherheit und Nachhaltigkeit ihrer Produktionsprozesse verbessert.

In ihrer Arbeit berichten die Forscher über die Kombination verschiedener Anionen mit einer Reihe von Substraten, was zu mehreren fluorierten Produkten mit Relevanz für pharmazeutische und agrochemische Synthesen führte. In vielen Fällen konnte das Forschungsteam sehr zufriedenstellende Ausbeuten erzielen. Darüber hinaus bieten die Betriebsparameter (z. B. Reaktionszeiten) gute Aussichten für eine tatsächliche Umsetzung im akademischen sowie industriellen Kontext.