Wetenschappers van Rice University hebben organische chemici een boost gegeven met hun laatste ontdekking van een eenstapsmethode om stikstof toe te voegen aan verbindingen voor medicijnen, pesticiden, meststoffen en andere producten.

Rijst synthetische organische chemicus László Kürti zei dat de methode, gerapporteerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society , is een grote stap voorwaarts omdat het de opbrengst van waardevolle moleculen, bekend als alfa-aminoketonen, versnelt en verhoogt.

Ketonen zijn op koolstof gebaseerde verbindingen die in de natuur voorkomen en belangrijke grondstoffen zijn voor de chemische industrie. De primaire aminogroep (NH2) is een functionele groep die aanwezig is in veel belangrijke chemische producten. Het bevat één stikstofatoom en twee waterstofatomen. Wanneer een keton wordt gefunctionaliseerd met een primaire aminogroep aan de alfa-koolstof, het vormt een verbinding die een primair alfa-aminoketon wordt genoemd.

"Het is een goede voorloper, omdat er geen extra functionalisering is, als een acylgroep, op de NH2 en het kan dan worden omgezet naar wat je maar wilt, " zei Kurti, een universitair hoofddocent scheikunde. "Eerder, dit was het probleem:mensen zouden er stikstof in stoppen met extra functionaliteit, maar de verdere verwerking die nodig was om tot een vrije NH2 te komen was ingewikkeld."

Postdoctoraal onderzoeker Zhe Zhou ontdekte de reactie toen hij een silylenolether en een stikstofbron mengde in een gewoon oplosmiddel, hexafluorisopropanol, bij kamertemperatuur en ontdekte dat het Rubottom-oxidatie nabootste, een gevestigde techniek om enolethers te oxideren.

"Zuurstof wordt routinematig in de alfapositie geplaatst, " zei Kürti. "Maar stikstof, Nee. We zijn de eersten die laten zien dat dit mogelijk is in een groot aantal substraten, en het is eenvoudig. Het blijkt dat het oplosmiddel zelf de reactie katalyseert."

Zhou en co-auteur en postdoctoraal onderzoeker Qing-Qing Cheng verfijnden de methode en testten deze vervolgens door 19 aminoketonen te maken, waaronder drie synthetische aminozuurprecursoren. "Deze onnatuurlijke aminozuren zijn belangrijk voor het ontwerpen van medicijnen, zei Kürti. "De enzymatische processen in levende organismen zullen ze niet aanvallen, omdat ze niet in de zakken van de enzymen passen."

"Voordat we dit proces hadden, het was niet onmogelijk om dit soort constructies te maken, "Zei Zhou. "Het was gewoon heel ingewikkeld en er waren veel stappen nodig. Het doel, over het algemeen, is om ze op de meest directe manier mogelijk te krijgen."

Eerdere synthetische processen door het Kürti-lab elimineerden de noodzaak van op overgangsmetaal gebaseerde katalysatoren bij de productie van aminen om de gebruikelijke en vaak inefficiënte trial-and-error-benadering bij het maken van nieuwe chemische verbindingen zoals medicijnen te vereenvoudigen. Op metaal gebaseerde katalysatoren die de aminering versnellen - de introductie van aminegroepen in een organisch molecuul - kunnen ook het product verontreinigen, dus het nieuwe proces vermijdt ze ook.

"Onze amineringsmethode belooft een gemeenschappelijk proces in drie stappen te vervangen om alfa-aminoketonen te maken, en de opbrengst vergelijkbaar, is heel goed, " zei Zhou. "In het standaardproces, elke stap vermindert de opbrengst, dus een eenstapsproces is nog steeds superieur, zelfs als de opbrengsten identiek zijn, omdat het minder tijd kost en er minder risico is dat er iets misgaat.

"Het laatste dat je wilt, is vanaf het begin acht stappen halen en het dan op de negende verpesten omdat de omstandigheden niet selectief genoeg zijn. " zei hij. "Het snijden van stappen is altijd voordelig in organische synthese."

Kürti was verheugd om zijn sociale media-accounts te zien oplichten met felicitaties van collega's en industriële kennissen bij de publicatie van de krant.

"Er is een nieuwe trend in de richting van functionalisering in een laat stadium, waar bedrijven met een bestaande bibliotheek van verbindingen 100 van hen kunnen nemen en een extra stap kunnen uitvoeren om 100 nieuwe verbindingen te maken, "zei hij. "Dus vanuit het oogpunt van intellectueel eigendom, onze ontdekking is een geweldig cadeau voor de industrie. Dit is echt een juweeltje van een vondst."