Wetenschappers van de RUDN University hebben in samenwerking met Russische en buitenlandse collega's reductieve amineringsreacties bestudeerd. De nieuwe reacties en daarop gebaseerde katalytische systemen hebben toepassingen in de organische synthese, en zou in de toekomst ook de productie van medicinale stoffen en landbouwchemicaliën kunnen stimuleren. De studie is gepubliceerd in Organische en biomoleculaire chemie .

Krachtige atoomefficiënte reacties zijn cruciaal voor duurzame ontwikkeling in de moderne industrie. Atoomefficiëntie van een reactie betekent dat idealiter, alle atomen die een chemische reactie aangaan, moeten deze verlaten als onderdeel van het gewenste product. Maar de wereld is verre van ideaal:het aantal volledig atoom-effectieve reacties met een opbrengst van 100 procent is erg klein. Bijvoorbeeld, bij organische synthese, complexe boorhydriden worden vaak gebruikt als reductiemiddelen. In praktijk, 1 kg van het gewenste product in de reactie produceert vergelijkbare hoeveelheden vast afval dat speciale verwijdering vereist.

In deze betekenis, waterstof lijkt een bijna perfect reductiemiddel te zijn dat volledig wordt geabsorbeerd door de reagentia. Echter, uit aardgas wordt door een drietrapssynthese zuivere waterstof geproduceerd. Dit is een zeer energie-intensief proces dat hoge temperaturen (tot 800°C) en extra katalysatoren vereist. Het idee van de wetenschappers was om van zo'n stof een reductiemiddel te maken dat niet veel energie nodig zou hebben om te worden geproduceerd en dat geen aanzienlijk afval zou veroorzaken in moeilijk te recyclen hoeveelheden.

Daarom, de onderzoekers stelden voor om koolmonoxide (CO) te gebruiken als reductiemiddel in organische synthese. Koolmonoxide komt in enorme hoeveelheden voor tijdens de staalproductie en is goedkoop.

"Momenteel, koolmonoxide wordt gewoon verbrand tot kooldioxide. We raden aan om koolmonoxide te gebruiken om belangrijke organische synthesereacties uit te voeren, bijvoorbeeld om aminen te synthetiseren, die aanwezig zijn in een aanzienlijk aantal geneesmiddelen, en andere waardevolle moleculen. Kooldioxide ontstaat als bijproduct, en de industrie weet al hoe ze het moet gebruiken, " zegt de hoofdauteur van de studie, Dr. Denis Chusov.

Het gepubliceerde artikel is gewijd aan katalytische reductieve aminering met koolmonoxide als reductiemiddel in aanwezigheid van op iridium gebaseerde katalysatoren. aminering, de reactie van het introduceren van een aminogroep -NH ₂ (of zijn derivaten -NHR of -NR ₂ , waarin R een organisch radicaal is) in organische verbindingen, wordt gebruikt om moleculen met bepaalde eigenschappen te maken. Gesubstitueerde koolwaterstoffen zijn verbindingen afgeleid van koolwaterstoffen waarin een of meer waterstofatomen zijn vervangen door atomen van andere elementen. Dit vereist methoden om groepen op strikt gedefinieerde posities aan het koolstofskelet te hechten.

Het grootste deel van de studie gepubliceerd in Organische en biomoleculaire chemie werd uitgevoerd door studenten die helemaal geen ervaring hadden. Wetenschappers hebben aangetoond dat complexe verbindingen van iridium met jodium en een organisch molecuul cyclopentadieen het meest katalytisch actief zijn (wat verschijnt in de versnelling van de reactie). Ze onthulden voorheen onbekende regelmatigheden in de loop van deze reactie, wat bijdraagt ​​tot een dieper fundamenteel begrip en een meer redelijke praktische toepassing.

"De ontwikkelde reactie verloopt bij een druk van 30 atmosfeer koolmonoxide, die wordt geleverd door te werken in autoclaven. Autoclaven lijken in het begin misschien moeilijk te implementeren, hoe dan ook, er zijn veel processen in de industrie die aanzienlijk hogere drukken vereisen, dus er is niets bijzonders. Bovendien, hydrogenering in laboratoria wordt ook vaak in hen uitgevoerd. Door de katalysator te variëren, we kunnen de druk verlagen tot atmosferisch, maar de wetenschappers die met autoclaven hebben gewerkt, geven er de voorkeur aan boven gewoon laboratoriumglaswerk. Autoclaven zijn moeilijk te breken, het oplosmiddel kan niet uitkoken, het opwerken van het reactiemengsel is eenvoudig, ' zegt Denis Tsjoesov.

De reactie gekatalyseerd door iridium met jodium en cyclopentadieen bleek tolerant te zijn voor een breed scala aan functionele groepen, dat is, zeer selectief zijn. Veel reagentia kunnen de noodzakelijke transformatie uitvoeren, maar ze vernietigen daarbij belangrijke fragmenten van het molecuul, wat betekent dat ze een gebrek aan tolerantie vertonen. In dergelijke gevallen, men moet de synthese van het gewenste molecuul verlengen, aanvullende beschermende groepen introduceren, de reactie uitvoeren, en verwijder vervolgens de beschermende groepen. Als resultaat, de productie van waardevolle moleculen wordt arbeidsintensiever, en de kosten van het eindproduct en de hoeveelheid afval nemen toe. In de toekomst, wetenschappers zijn van plan zich te concentreren op het gebruik van koolmonoxide als reductiemiddel bij reductieve amineringsreacties bij de synthese van medicinale stoffen en landbouwchemicaliën.

Wetenschappers zijn van plan het onderzoek in twee richtingen voort te zetten. Een daarvan is het bestuderen van de reducerende eigenschappen van koolmonoxide om nieuwe zeer actieve katalytische systemen te detecteren. Daarnaast, het gebruik van koolmonoxide als reductiemiddel bevordert nieuwe ontdekkingen van de reacties die voorheen niet konden worden uitgevoerd vanwege het gebrek aan tolerantie voor functionele groepen met de bestaande reductiesystemen.