Возрождения метода Барбье с помощью механохимией

Химики возродили метод Барбье, используя механохимию, заменив опасные растворители подходом, не содержащим растворителей. Это достижение обещает более безопасное и устойчивое производство, особенно в фармацевтической отрасли.

Органический синтез — это искусство создания молекул, в ходе которого химики создают молекулы, необходимые для фармацевтических препаратов, агрохимикатов и материалов для высокотехнологичных гаджетов, в том числе для смартфонов.

Думайте об этом как об игре с LEGO на микроскопическом уровне: химики соединяют простые строительные блоки для создания сложных молекул, точно так же, как соединяют кирпичи LEGO, чтобы создать замысловатые конструкции. Одним из важнейших шагов в этой загадке является создание связи между двумя атомами углерода.

Подобно кирпичикам LEGO с шипами и антишпильками, атомы углерода должны прилегать друг к другу, чтобы их можно было легко объединить. Однако есть одна загвоздка: наиболее реакционноспособные атомы углерода в органических соединениях обычно несут положительный заряд, что делает их несовместимыми друг с другом. Представьте себе, что вы пытаетесь соединить две детали LEGO с помощью шпилек — они просто не склеятся.

Руководителя исследователя не заметили, хотя он и показал путь

На заре органической химии, еще в девятнадцатом веке, исследователи нашли хитрый способ решения этой проблемы, используя так называемые металлоорганические соединения. Связывая углерод с такими металлами, как цинк или магний, они могли переключать заряд атома углерода с положительного на отрицательный. Этот «переключатель полярности» позволил создавать подходящие комбинации с другими органическими молекулами, открывая обширную площадку для химического творчества.

Одно из самых впечатляющих открытий было сделано французским химиком Виктором Гриньяром, который открыл метод создания органических производных легкодоступного магния. Этот метод был настолько важен, что принес ему Нобелевскую премию в 1912 году. Метод Гриньяра произвел революцию в этой области, но у него есть свои недостатки.

Высокореактивные металлосодержащие молекулы нестабильны и могут легко разрушаться под воздействием влаги или воздуха, что затрудняет применение в промышленных масштабах. Решение этой проблемы заключается в получении металлоорганических соединений только как короткоживущих промежуточных продуктов, которые продолжают реагировать в той же среде и создают стабильные соединения.

Научный учитель Гриньяра Филип Барбье первоначально пытался соединить атомы углерода таким способом, но добился лишь неудовлетворительных результатов — выходы желаемых продуктов были низкими. Здесь история принимает ироничный поворот: он поручил Гриньяру усовершенствовать свой метод, что привело к открытию, получившему Нобелевскую премию. Однако сам Филип Барбье, несмотря на то, что был пионером металлоорганической химии, никогда не получал такого признания.

Более века спустя группа химиков исследовательской группы супрамолекулярной химии Талтеха под руководством профессора Рийны Аав и старшего научного сотрудника доктора Дмитрия Канановича вдохнула новую жизнь в заброшенный метод Барбье.

Вместо того, чтобы смешивать химические вещества с металлическим магнием в органических растворителях, как это традиционно делали химики на протяжении многих лет, они обнаружили, что измельчение их вместе без растворителя в устройстве, называемом шейкерной мельницей, приводит к чрезвычайным улучшениям как с точки зрения эффективности, так и с точки зрения экологичности.

Эта захватывающая разработка возвращает метод Барбье в центр внимания, делая его столь же эффективным, как знаменитый метод Гриньяра. Результаты были недавно опубликованы в Angewandte Chemie International Edition , одном из ведущих научных журналов в области химии.

Метод, используемый исследователями, называется механохимией. Несмотря на то, что он известен с древних времен, научное сообщество органического синтеза уже давно отказалось от него в пользу более традиционной химии, основанной на растворах. Представьте себе, как перемалывают кофейные зерна в кофемолке. Именно так выглядят многие механохимические устройства как по внешнему виду, так и по функциям. Они позволяют химическим реакциям протекать путем быстрого смешивания, измельчения и измельчения твердых веществ, а не путем смешивания растворов.

Экологичное решение столетней давности

Почему эта старая техника снова набирает обороты? Ответ кроется в его пользе для окружающей среды и норм безопасности. Механохимия позволяет избежать использования опасных органических растворителей, которые представляют серьезную угрозу как для людей, так и для планеты.

Одной из особенно интересных областей химии является получение металлоорганических соединений, и многие уважаемые исследовательские группы исследуют это направление. В своем исследовании команда Талтеха пересмотрела первоначальную идею Барбье, сделав использование металлоорганических соединений еще более простым и удобным.

• Интересным аспектом этого нового метода является его устойчивость к воздуху и даже некоторым слабым кислотам, которые не очень хорошо сочетаются с традиционными подходами, такими как техника Гриньяра.
• Поскольку металлоорганические соединения существуют в качестве промежуточных продуктов лишь в течение короткого времени и могут продолжать реагировать и создавать конечные продукты, это открытие открывает большие перспективы для революции в производстве многочисленных ценных веществ.
• Подумайте, как это может изменить способ производства вещей. Это может привести к созданию более простых, безопасных и экологически чистых процессов, особенно в отраслях, производящих вещества со значительным воздействием, таких как фармацевтическая промышленность.

Команда TalTech теперь стремится развивать эту инновацию дальше, стремясь преобразовать фармацевтический сектор с помощью механохимических методов производства. Работая с исследователями из одиннадцати других европейских стран, они сотрудничают в проекте IMPACTIVE, направленном на то, чтобы воплотить эти преимущества в жизнь. Это новое открытие и развитие механохимии может стать ключом к открытию новых возможностей в химической промышленности, сделав ее более безопасной и устойчивой для будущих поколений. Это смесь старого и нового, обещающая светлое будущее.

Источник

Метки: Биохимия