Китайские химики научились дейтерировать лекарства при комнатной температуре
Китайские химики разработали способ замены атомов водорода на дейтерий в органических молекулах, включая лекарственные соединения, при комнатной температуре и обычном давлении. В качестве источника дейтерия используется тяжёлая вода, а реакция запускается видимым светом. В экспериментах степень включения дейтерия достигала 99%.
Исследователи из Китайского университета науки и технологий использовали фотокатализатор на основе наночастиц палладия и нитрида углерода Pd/C₃N₄. Реакция проходила в тяжёлой воде D₂O под излучением с длиной волны 410 нм, при комнатной температуре и давлении около 1 бара в атмосфере аргона.
Метод предназначен для так называемого водород-дейтериевого обмена в бензильных C(sp³)–H-связях. Учёные проверили его на 54 органических соединениях, включая молекулы с разными функциональными группами, природные вещества и фармацевтические соединения. Максимальная доля замещения водорода дейтерием составила 99%.
Авторы также продемонстрировали возможность проводить реакцию не только на небольших лабораторных количествах. Им удалось получить 2,17 грамма дейтерированного лекарственного соединения в масштабе 10 ммоль. Это показывает, что подход потенциально можно масштабировать дальше, хотя промышленное применение в работе не демонстрировалось.
Дейтерий — стабильный тяжёлый изотоп водорода. Замена обычного водорода на дейтерий может изменять скорость разрыва химических связей и метаболизма молекулы. Поэтому дейтерирование используется при разработке лекарств, а также в химических исследованиях, диагностике и некоторых оптоэлектронных технологиях.
Существующие методы водород-дейтериевого обмена нередко требуют газообразного дейтерия, дейтерированных растворителей, сложных металлических катализаторов или более жёстких условий. Авторы новой работы отмечают, что некоторые подходы используют температуры от 120 °C и давление водорода около 10 бар. В новом процессе основным источником дейтерия служит тяжёлая вода, а реакция проходит при комнатной температуре.
Эксперименты также позволили уточнить механизм реакции. На границе между наночастицами палладия и нитридом углерода молекулы тяжёлой воды диссоциируют с образованием активных дейтериевых частиц Pd–D и N–D. Именно они запускают замену атомов водорода в бензильных связях молекул.
Метод пока представляет собой лабораторную технологию, а не готовый промышленный процесс. Тем не менее сочетание обычного давления, комнатной температуры, тяжёлой воды и высокой степени дейтерирования делает его потенциально интересным для синтеза дейтерированных лекарственных молекул и других сложных органических соединений.
Исследование в журнале Angewandte Chemie International Edition.