Rice Universitys forskare har gett organiska kemister ett uppsving med sin senaste upptäckt av en enstegsmetod för att tillsätta kväve till föreningar för läkemedel, bekämpningsmedel, konstgödsel och andra produkter.

Rissyntetisk organisk kemist László Kürti sa att metoden, redovisas i Journal of the American Chemical Society , är ett stort steg framåt eftersom det påskyndar och ökar utbytet av värdefulla molekyler som kallas alfa-aminoketoner.

Ketoner är kolbaserade föreningar som finns i naturen och viktiga råvaror för den kemiska industrin. Den primära aminogruppen (NH2) är en funktionell grupp som finns i många viktiga kemiska produkter. Den innehåller en kväveatom och två väteatomer. När en keton är funktionaliserad med en primär aminogrupp vid alfakolet, det bildar en förening som kallas en primär alfa-aminoketon.

"Det är en bra föregångare, eftersom det inte finns någon extra funktionalisering, som en acylgrupp, på NH2 och den kan sedan konverteras till vad du vill, sa Kürti, en docent i kemi. "Tidigare, det här var problemet:Folk skulle lägga in kväve där med extra funktionalitet, men den ytterligare bearbetningen som krävs för att komma till en gratis NH2 var komplicerad."

Postdoktor Zhe Zhou upptäckte reaktionen när han blandade en silylenoleter och en kvävekälla i ett vanligt lösningsmedel, hexafluorisopropanol, vid rumstemperatur och fann att det efterliknade Rubottoms oxidation, en etablerad teknik för att oxidera enoletrar.

"Syre sätts rutinmässigt i alfapositionen, " sa Kürti. "Men kväve, Nej. Vi är de första som visar att detta är möjligt i ett stort antal substrat, och det är enkelt. Det visar sig att lösningsmedlet i sig katalyserar reaktionen."

Zhou och medförfattare och postdoktor Qing-Qing Cheng förfinade metoden och testade den sedan genom att göra 19 aminoketoner, inklusive tre syntetiska aminosyraprekursorer. "Dessa onaturliga aminosyror är viktiga för läkemedelsdesign, " sa Kürti. "De enzymatiska processerna i levande organismer kommer inte att attackera dem, eftersom de inte får plats i enzymernas fickor."

"Innan vi hade den här processen, det var inte omöjligt att göra den här typen av strukturer, " sa Zhou. "Det var bara väldigt komplicerat och tog många steg. Målet, rent generellt, är att få dem med den mest direkta metoden som möjligt."

Tidigare syntetiska processer av Kürti-labbet eliminerade behovet av övergångsmetallbaserade katalysatorer vid tillverkning av aminer för att förenkla den vanliga och ofta ineffektiva försök-och-fel-metoden som är involverad i att tillverka nya kemiska föreningar som läkemedel. Metallbaserade katalysatorer som påskyndar aminering – införandet av amingrupper till en organisk molekyl – kan också kontaminera produkten, så den nya processen undviker dem också.

"Vår amineringsmetod lovar att ersätta en vanlig trestegsprocess för att göra alfa-aminoketoner, och avkastningen, jämförbart, är mycket bra, " sa Zhou. "I standardprocessen, varje steg minskar avkastningen, så enstegsprocess är fortfarande överlägsen även om avkastningen är identisk, eftersom det tar kortare tid och det är mindre risk att något går fel.

"Det sista du vill är att få åtta steg från början och sedan förstöra det på den nionde eftersom förhållandena inte är tillräckligt selektiva, ", sa han. "Att skära steg är alltid fördelaktigt i organisk syntes."

Kürti blev glad över att se hans konton i sociala medier lysa upp med gratulationer från kamrater och industribekanta vid publiceringen av tidningen.

"Det finns en ny trend mot funktionalisering i sen skede, där företag med ett befintligt bibliotek av föreningar kan ta 100 av dem och utföra ytterligare ett steg för att göra 100 nya föreningar, " sa han. "Så ur ett immaterialrättsligt perspektiv, vår upptäckt är en stor gåva till industrin. Det här är verkligen en pärla av ett fynd."