Laut Wissenschaftlern der Rice University sind kostengünstige Eisensalze ein Schlüssel zur Vereinfachung der Herstellung wichtiger Vorstufen für Medikamente und andere Chemikalien.
Sie haben den Prozess zur Herstellung von Diaziden, Bausteinmolekülen für die Herstellung von Medikamenten und landwirtschaftlichen Chemikalien, verfeinert. Eisensalze zusammen mit Prozessen, die als radikalischer Ligandentransfer und Ligand-zu-Metall-Ladungstransfer (LMCT) bezeichnet werden, machen es erschwinglich und umweltfreundlich.
Der Synthesechemiker von Reis, Julian West, und die Co-Hauptautoren Kang-Jie (Harry) Bian und Shih-Chieh Kao, beide Doktoranden in seinem Labor, berichten Naturkommunikation dass die Beleuchtung ihrer Reagenzien mit sichtbarem Licht es ihnen ermöglicht, Diazide unter Bedingungen zu bilden, die weitaus schonender sind als die derzeitigen industriellen Prozesse, die normalerweise hohe Hitze und ätzende Säuren beinhalten.
Diazide sind Moleküle mit zwei Amingruppen, die funktionalisiert werden können, was bedeutet, dass sie leicht mit anderen Molekülen reagieren können. Je nachdem, wie sie aufgebaut sind, können sie die Basis vieler nützlicher Verbindungen sein.
In einer kürzlich durchgeführten Studie nutzten West und seine Gruppe den radikalischen Ligandentransfer (oder „Radical Rebound“), um zwei funktionelle Gruppen an ein einzelnes Alken anzufügen, organische Moleküle aus der Petrochemie, die mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung enthalten.
Die Technik erwies sich zusammen mit dem eisenvermittelten Ligand-auf-Metall-Ladungstransfer als nützlich, da sie ähnliche Vorläufer namens vicinale Diazide aus üblichen Ausgangsmaterialien herstellten.
„Es verwendet nur zwei Reagenzien, Eisennitrat und TMS-Azid, die jedes synthetische Labor haben wird“, sagte West, ein Assistenzprofessor für Chemie, dessen Labor bestrebt ist, die Arzneimittelherstellung zu vereinfachen. „Im Grunde mischt man sie in einem gemeinsamen Lösungsmittel zusammen und beleuchtet sie. Fast jedes pharmazeutische Labor wird LED-Leuchten haben. Also ziehen sie im Grunde einfach Dinge aus dem Regal.“
West sagte, der radikalische Ligandentransfer sei von der Biologie inspiriert, „einschließlich der Enzyme in unserer eigenen Leber. Es gibt Enzyme in der Natur, die Atome oder Fragmente von Molekülen auf ein Radikal übertragen, um eine neue Bindung herzustellen, die beim Aufbau größerer Moleküle helfen kann. Wir waren begeistert um das Potenzial dieses einen Schritts in der letzten Studie zu erkunden.
„In diesem Projekt können wir jetzt, da wir festgestellt haben, wie das funktioniert, damit beginnen, es mit neuen Schritten zu kombinieren, um etwas anderes zu machen“, sagte er. „Das Komische ist, dass die Natur, wie bei allem in der organischen Chemie, schon vor langer Zeit erkannt hat, dass dies wirklich nützlich sein kann.“
Sowohl LMCT als auch Radikalligandentransfer finden nacheinander statt, wenn die Reagenzien und die Lösung unter Umgebungsbedingungen beleuchtet werden. Das Labor lernte, den Prozess durch Durchflusschemie zu maximieren, indem es die Lösung durch eine Schleifenröhre leitete und nur diese Röhre anzündete.
„Die Reaktion findet in dem Teil statt, in dem Sie das Licht anstrahlen“, sagte West. „Auf diese Weise können wir mehr als eine einzelne Charge verarbeiten und haben auch viel mehr Kontrolle über die Lichtmenge, die sie erhält, indem wir den Fluss beschleunigen oder verlangsamen.
„Es ist kinderleicht, die Salze in die Flasche zu schütten und sie zu beleuchten, aber wenn man viel machen oder es besser machen will, funktioniert Flow wirklich gut“, sagte er.
„Wir denken, dass es für Labore hilfreich sein wird, die eine einfache Möglichkeit suchen, diese Art von Produkt herzustellen, insbesondere wenn sie nicht die Zeit haben, diese anderen Methoden zu optimieren und zu kämpfen, damit sie gut funktionieren“, sagte West.
Zu den Co-Autoren der Studie gehören die Rice-Studenten David Nemoto Jr. und Xiaowei Chen.
Mehr Informationen:
Kang-Jie Bian et al, Photochemische Diazidierung von Alkenen, ermöglicht durch Ligand-zu-Metall-Ladungstransfer und radikalischen Ligandentransfer, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35560-3