Ekologický a inovatívny prístup

Heterocyklické zlúčeniny sú organické molekuly s kruhovou štruktúrou, ktoré obsahujú aspoň dva alebo viac prvkov. Vo väčšine prípadov sú tieto kruhy zložené z atómov uhlíka spolu s jedným alebo viacerými ďalšími prvkami, ako je dusík, kyslík alebo síra. Pre svoju všestrannosť a vynikajúce fyzické aktivity sú veľmi žiadané ako suroviny v chemickom a farmaceutickom priemysle.

Zatiaľ čo na syntézu týchto zlúčenín je k dispozícii mnoho metód, väčšina z nich zahŕňa podmienky vysokej teploty a tlaku alebo použitie katalyzátorov z drahých kovov, čo zvyšuje ekonomické a environmentálne náklady na výrobu heterocyklických organických zlúčenín.

Teraz však tím výskumníkov z Japonska a Bangladéša navrhol jednoduchý, ale účinný spôsob, ako tieto výzvy prekonať. jeho štúdia bola Nedávno uverejnené v časopise Pokročilá syntéza a katalýza, Pomocou navrhovanej stratégie tím demonštroval syntézu 20 heterocyklických zlúčenín obsahujúcich síru v prítomnosti fotokatalyzátora oxidu titaničitého (TiO).₂) a viditeľné svetlo.

Štúdiu viedol profesor Yutaka Hitomi z Katedry aplikovanej chémie, Graduate School of Science and Engineering, Doshisha University a Ph.D. Spoluautorom. kandidát Piyush Kanti Roy z Doshisha University, docent Sayuri Okunaka z Tokyo City University a Dr. Hiromasa Tokudome z Výskumného inštitútu, TOTO Ltd.

TiO₂ Už nejaký čas priťahuje pozornosť syntetických chemikov ako fotokatalyzátor na riadenie organických reakcií. Mnohé takéto procesy však vyžadujú na spustenie reakcie ultrafialové svetlo. V tejto štúdii však výskumný tím zistil, že v anaeróbnych podmienkach organické zlúčeniny obsahujúce síru, ako sú deriváty tioanizolu, keď sú vystavené modrému svetlu, reagujú s derivátmi maleimidu za vzniku dvojitých väzieb uhlík-uhlík, čo vedie k vzniku nových heterocyklických organických zlúčenín. sa vyrábajú.

Profesor Hitomi vysvetľuje: „Pozorovali sme, že zatiaľ čo ultrafialové svetlo vytvára vysoko oxidačné póry, náš prístup umožňuje selektívnu jednoelektrónovú oxidáciu molekúl substrátu pomocou viditeľného svetla. Tento prístup možno použiť pri rôznych organických chemických reakciách. Mohol.“

Výskumníci vybrali päť 4-substituovaných tioanizolov a štyri N-substituované maleimidy pre reakcie anulácie alebo tvorby kruhu. Tím ožiaril východiskový materiál modrým svetlom (vlnová dĺžka > 420 nm), ale nepozoroval žiadnu reakciu. Avšak zavedenie TiO₂ Reakčný systém viedol k syntéze 20 rôznych tiochromanopyrolidónových derivátov so stredným až vysokým výťažkom. Zistili, že do 12 hodín po vystavení modrému svetlu, reakcia medzi tioanizolom a N-fenylmaleimidom vytvorila derivát tiochromanopyrolidónu s výťažkom 43 %, čo bolo blízko teoretickému maximálnemu výťažku 50 %.

Výskumný tím sa tiež zaoberal substitučnými účinkami v reakciách, aby pochopil príslušné mechanické aspekty. Z výsledkov predpokladali, že reakcia prebieha prenosom náboja z tioanizolu do vodivého pásu TiO.₂, Ďalej navrhli, že ožarovanie modrým svetlom spustilo jednoelektrónovú oxidáciu tioanizolu, čo viedlo k vytvoreniu a-tioalkylových radikálov prostredníctvom deprotonácie.

Stručne povedané, tento nový a sofistikovaný prístup demonštruje potenciál TiO₂ Pre fotokatalýzu vo viditeľnom svetle pre organickú syntézu. Poskytla tiež dôležité poznatky o chémii syntézy komplexných heterocyklických zlúčenín. V budúcnosti by tento prístup mohol otvoriť nové možnosti prechodu od súčasných priemyselných chemických procesov náročných na zdroje k energeticky efektívnejším systémom.

„To, čo motivovalo našu štúdiu, bola túžba pomôcť rozvoju udržateľného chemického priemyslu a naše zistenia sa zdajú byť pozitívnym krokom týmto smerom,“ hovorí profesor Hitomi.

„Veríme, že široké prijatie tejto technológie poháňanej viditeľným svetlom by mohlo uľahčiť dostupnú a cenovo dostupnú syntézu liečiv, čo by malo hlboký vplyv na zdravie a pohodu miliónov ľudí na celom svete.“ Vďaka úsiliu profesorky Hitomi a jej tímu otvorili ich štúdie nové cesty v oblasti organickej syntézy s potenciálom spôsobiť revolúciu v mnohých chemických odvetviach.