NUS-chemici hebben een effectievere methode ontwikkeld die gebruik maakt van splitsing van zwaar water om waterstofatomen op organische moleculen te verwisselen met hun zwaardere neven (deuterium) voor farmaceutische toepassingen.

Door deuterium (een zware isotoop van waterstof) op te nemen in medicijnmoleculen, het kan hun metabolisme verbeteren met behoud van therapeutische effecten. Dit is naar voren gekomen als een haalbare strategie voor de ontwikkeling van effectievere geneesmiddelen voor de farmaceutische industrie. In dit proces, geselecteerde waterstofatomen in de medicijnmoleculen worden uitgewisseld met deuteriumatomen in een proces dat bekend staat als deuteratie. De resulterende koolstof-deuterium (C-D) bindingen die sterker (meer inert) zijn dan de koolstof-waterstof (C-H) bindingen veranderen de absorptie, verdeling, en toxicologische eigenschappen van de medicijnen. Dit wordt typisch uitgevoerd met behulp van het waterstof/deuterium (H/D) uitwisselingsproces. Het proces omvat hoge temperaturen, zure/alkalische reagentia en/of edelmetaalkatalysatoren, en wordt uitgevoerd over meerdere cycli. Echter, dergelijke verwerkingsomstandigheden kunnen ervoor zorgen dat geneesmiddelmoleculen worden afgebroken en veel ongewenste nevenreacties kunnen optreden vanwege de aanwezigheid van de verschillende moleculaire functionele groepen.

Een team onder leiding van Prof LOH Kian Ping, van het departement scheikunde, NUS heeft in samenwerking met de Universiteit van Shenzhen een methode ontwikkeld die selectief de deuteratie van organische moleculen (die voor medicinale medicijnen kunnen worden gebruikt) kan controleren en onder milde reactieomstandigheden kan werken. Dit wordt bereikt door een II-VI halfgeleider te gebruiken als katalysator voor fotochemisch gemorst zwaar water (D2O). D2O bestaat uit de waterstofisotoop deuterium en wordt bij deze methode gebruikt als bron van deuteriumatomen. In tegenstelling tot conventionele benaderingen die het waterstofatoom bij de C-H-bindingen vervangen, deze methode maakt gebruik van de meer reactieve koolstof-halogeen (C-X) bindingen die aanwezig zijn in de organische moleculen om de C-D bindingen te vormen. Bij deze nieuwe methode de hoeveelheid deuteriumatomen en hun substitutieplaats hangen uitsluitend af van de C-X-bindingen die in het molecuul beschikbaar zijn. Het maakt het ook mogelijk om deuterium stapsgewijs in te bouwen voor gevoelige biomoleculen.

Mijnheer CHEN Zhongxin, een doctoraat student die aan dit project werkt, zei, "Ultradunne tweedimensionale nanosheets gemaakt van een II-VI-halfgeleider worden onderworpen aan een voorbehandeling met zuur om hun nanoporiën te "openen", zodat ze poreuzer worden. Dit verhoogt hun fotokatalytische activiteit tot vier keer wanneer ze worden gebruikt om het zware water te splitsen."

"Het gebruik van zwaar water als deuteriumbron is ideaal omdat het onbrandbaar is, relatief laag in kosten en gemakkelijk te hanteren. Dit nieuwe concept van deuteratie met behulp van splitsing van zwaar water kan mogelijk worden toegepast op vele andere katalytische reacties om complexe gedeutereerde geneesmiddelen en geavanceerde materialen te ontwikkelen, " voegde prof. Loh toe.

Dit onderzoekswerk werd benadrukt door een perspectiefartikel in: Internationale editie van Angewandte Chemie om de diepere implicaties en betekenis ervan voor de chemiegemeenschap uit te leggen.