Химический синтез с диоксидом титана: экологически чистый и инновационный подход

Исследователи предлагают новую стратегию синтеза производных тиохроменопирроледиона c диоксидом титана качестве катализатора в синем свете.

Гетероциклические соединения — это органические молекулы с кольцевой структурой, состоящей как минимум из двух или более элементов. В большинстве случаев эти кольца состоят из атомов углерода и одного или нескольких других элементов, таких как азот, кислород или сера. Благодаря своей универсальности и отличной физиологической активности они являются востребованным сырьем в химической и фармацевтической промышленности. Хотя для синтеза этих соединений существует несколько методов, большинство из них связано с высокой температурой и давлением или использованием катализаторов из драгоценных металлов, что увеличивает экономические и экологические затраты на производство гетероциклических органических соединений.

Однако теперь группа исследователей из Японии и Бангладеш предложила простой, но эффективный метод для преодоления этих трудностей. Их исследование было опубликовано в журнале Advanced Synthesis and Catalysis.

Используя предложенную стратегию, команда продемонстрировала синтез 20 серосодержащих гетероциклических соединений в присутствии фотокатализатора диоксида титана (TiO2) и видимого света. Исследование возглавил профессор Ютака Хитоми с кафедры прикладной химии Высшей школы естественных и технических наук Университета Дошиша, а соавторами выступили кандидат наук Пиджуш Канти Рой из Университета Дошиша, доцент Саюри Окунака из Токийского городского университета и доктор Хиромаса Токудоме из Исследовательского института TOTO Ltd.

TiO2 как фотокатализатор для стимулирования органических реакций уже давно привлекает внимание химиков-синтетиков. Однако многие такие процессы требуют ультрафиолетового света для запуска реакции. Однако в данном исследовании группа ученых обнаружила, что в анаэробных условиях серосодержащие органические соединения, такие как производные тиоанизола, под воздействием синего света вступают в реакцию с производными малеимида, образуя двойные углерод-углеродные связи, в результате чего образуется новое гетероциклическое органическое соединение.

Мы заметили, что в то время как ультрафиолетовый свет генерирует высокоокислительные дырки, наш подход позволяет селективно окислять молекулы субстрата одним электроном с помощью видимого света. Таким образом, этот подход может быть использован в различных органических химических реакциях, — объясняет профессор Хитоми.

Исследователи выбрали пять 4-замещенных тиоанизолов и четыре N-замещенных малеимида для реакций аннуляции или образования колец. Команда облучала исходный материал синим светом (длина волны > 420 нм), но реакции не наблюдалось. Однако введение TiO2 в реакционную систему привело к синтезу 20 различных производных тиохроменопирроледиона с умеренным и высоким выходом. Они обнаружили, что в течение 12 часов после облучения синим светом реакция между тиоанизолом и N-бензилмалеимидом приводит к образованию производного тиохромпирроледиона с выходом 43%, что близко к теоретически максимальному выходу 50%.

Исследовательская группа также наблюдала за влиянием заместителей в реакциях, чтобы понять соответствующие механистические аспекты. На основании полученных результатов они предположили, что реакция протекает через перенос заряда с тиоанизола на полосу проводимости TiO2. Кроме того, они предположили, что облучение синим светом вызывает одноэлектронное окисление тиоанизола, которое в дальнейшем инициирует образование α-тиоалкильных радикалов путем депротонирования.

Таким образом, этот новый и усовершенствованный подход демонстрирует потенциал TiO2 для фотокатализа в видимом свете в органическом синтезе. Он также позволил понять химию синтеза сложных гетероциклических соединений. В будущем этот подход может открыть новые возможности для перехода от нынешних ресурсоемких промышленных химических процессов к более энергоэффективным системам.

Подчеркивая значимость и последствия этого исследования, профессор Хитоми говорит:

Мы руководствовались желанием помочь в развитии устойчивой химической промышленности, и наши результаты, похоже, являются позитивным шагом в этом направлении. Мы считаем, что широкое распространение этой технологии, основанной на использовании видимого света, может способствовать доступному и недорогому синтезу фармацевтических препаратов, что окажет огромное влияние на здоровье и благополучие миллионов людей во всем мире.

Благодаря усилиям профессора Хитоми и его команды, их исследование открыло новые возможности в области органического синтеза, способные произвести революцию во многих химических отраслях.

01.01.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса