Японские химики разработали новый фотокатализатор на основе железа, который делает синтез сложных органических молекул значительно дешевле, эффективнее и экологичнее. Это достижение открывает путь к более доступному производству фармацевтических препаратов и других ценных соединений, заменяя редкие и дорогие металлы широко распространенным железом.
Фотокатализаторы – это вещества, которые поглощают свет и используют его энергию для запуска или ускорения химических реакций. В органическом синтезе традиционно применяются катализаторы на основе таких металлов, как рутений и иридий. Однако их высокая стоимость и ограниченные запасы являются серьезным препятствием для широкого использования. Команда исследователей из Университета Нагои предложила перспективную альтернативу.
Новый катализатор представляет собой усовершенствованную версию их предыдущей разработки. Ученым удалось на две трети сократить использование дорогостоящих «хиральных лигандов» – специальных молекул, которые контролируют трехмерную структуру конечного продукта. Кроме того, для активации катализатора теперь достаточно энергии обычного синего светодиода, что делает процесс более практичным и энергоэффективным.
Чтобы продемонстрировать возможности своей системы, команда впервые в мире осуществила полный асимметричный синтез (+)-хейтциамида А. Это природное соединение, содержащееся в лекарственных растениях, известно своей способностью подавлять так называемый «дыхательный взрыв» – интенсивное выделение активных форм кислорода иммунными клетками. Хотя эта реакция важна для борьбы с патогенами, ее избыточная активность может повреждать здоровые ткани организма.
Секрет успеха кроется в «умном» дизайне катализатора. В его структуре сочетаются доступные компоненты с одним-единственным хиральным лигандом, который точно задает пространственную конфигурацию целевой молекулы. Это позволило с высокой степенью контроля провести сложную реакцию, в ходе которой из двух исходных компонентов образуется шестичленное кольцо – ключевой элемент структуры хейтциамида А и многих других биологически активных веществ.
«Новая конструкция представляет собой окончательную форму хиральных фоторедокс-катализаторов на основе железа(III), – заявил один из авторов исследования Сюхэй Омура. – Мы считаем, что это достижение знаменует собой важную веху в развитии фотокатализа на основе железа». Ученые также отмечают, что, используя зеркальную версию катализатора, можно будет синтезировать и вторую форму молекулы, (–)-хейтциамид А, получая избирательный доступ к обоим вариантам.
По словам руководителя группы, профессора Кадзуаки Исихары, этот метод открывает путь к синтезу целого ряда других биологически активных соединений. Команда планирует в ближайшем будущем опубликовать новые работы, посвященные получению этих молекул с помощью разработанной каталитической реакции. Это исследование не только решает фундаментальную задачу в химии, но и имеет большое практическое значение для фармацевтической промышленности.
