NUS -kemister har utvecklat en mer effektiv metod med kraftig vattenspridning för att byta väteatomer på organiska molekyler med sina tyngre kusiner (deuterium) för farmaceutiska tillämpningar.

Genom att införliva deuterium (en tung isotop av väte) i medicinska läkemedelsmolekyler, det kan förbättra deras ämnesomsättning samtidigt som terapeutiska effekter bibehålls. Detta har dykt upp som en hållbar strategi för utveckling av effektivare läkemedel för läkemedelsindustrin. I denna process, utvalda väteatomer i läkemedelsmolekylerna byts ut mot deuteriumatomer i en process som kallas deuteration. De resulterande kol-deuterium (C-D) bindningarna som är starkare (mer inerta) än kol-väte (C-H) bindningarna förändrar absorptionen, distribution, och läkemedlens toxikologiska egenskaper. Detta utförs vanligtvis med hjälp av väte/deuterium (H/D) utbytesprocessen. Processen innebär höga temperaturer, sura/ alkaliska reagenser och/ eller ädelmetallkatalysatorer, och utförs under flera cykler. Dock, sådana bearbetningsförhållanden kan få läkemedelsmolekyler att försämras och många oönskade sidreaktioner kan uppstå på grund av närvaron av de olika molekylära funktionella grupperna.

Ett team under ledning av prof LOH Kian Ping, från Institutionen för kemi, NUS har i samarbete med Shenzhen University utvecklat en metod som selektivt kan kontrollera deuterering av organiska molekyler (som kan användas för medicinska läkemedel) och fungera under milda reaktionsförhållanden. Detta uppnås genom att använda en II-VI halvledare som katalysator för fotokemiskt spilld tungt vatten (D2O). D2O består av väteisotopen deuterium och används som en källa till deuteriumatomer i denna metod. Till skillnad från konventionella metoder som ersätter väteatomen vid C-H-bindningarna, denna metod använder de mer reaktiva kol-halogen (C-X)-bindningarna som finns i de organiska molekylerna för att bilda C-D-bindningarna. I denna nya metod, mängden deuteriumatomer och deras substitutionsläge beror enbart på de C-X-bindningar som finns tillgängliga i molekylen. Det tillåter också att deuterium införlivas på ett steg-för-steg sätt för känsliga biomolekyler.

Herr CHEN Zhongxin, en doktorsexamen student som arbetar med detta projekt, sa, "Ultratunna tvådimensionella nanoskikt tillverkade av en II-VI halvledare utsätts för en sur förbehandling för att" öppna "sina nanoporer så att de blir mer porösa. Detta ökar deras fotokatalytiska aktivitet upp till fyra gånger när de används för att dela det tunga vattnet."

"Användningen av tungt vatten som deuteriumkälla är idealisk eftersom det är obrännbart, relativt låg kostnad och lätt att hantera. Detta nya koncept med deuterering med användning av tungvattensplittring kan potentiellt tillämpas på många andra katalytiska reaktioner för att utveckla komplexa deutererade läkemedel och avancerade material, "tillade prof Loh.

Detta forskningsarbete lyftes fram av en perspektivartikel i Angewandte Chemie International Edition att förklara dess djupare konsekvenser och betydelse för kemiska samhället.