Евтино и чисто производство на лекарства с помощта на слънчева светлина

Ваня Милева Последна промяна на 19 август 2025 в 00:00 1678 0

три цветни лабораторни контейнера с течност

Кредит University of Melbourne
Ами ако само слънчевата светлина може да замести токсичните реагенти в производството на лекарства и материали?

Ами ако само слънчевата светлина може да замести токсичните реагенти в производството на лекарства и материали?

Екип от университета в Мелбърн е проектирал нови фотокатализатори, които имитират фотосинтезата, позволявайки на видимата светлина да захранва реакции, за които някога се смяташе, че са твърде енергоемки.

В доклад в Nature Catalysis, групата Polyzos показва как многофотонната фотокатализа може да генерира карбаниони, ключови молекулярни градивни елементи, при меки, устойчиви условия. Откритието преосмисля използването на алкените, прости въглеродни двойно свързани молекули, като зелени суровини за фармацевтични продукти и съвременни материали.

План за производство от природата

Растенията отдавна са усъвършенствали улавянето на светлина. Чрез фотосинтезата хлорофилът абсорбира четири фотона последователно, за да раздели водата и да освободи кислород, като същевременно съхранява енергия в захари. В продължение на десетилетия химиците се стремят да копират тази многоетапна фотонна хореография, но повечето синтетични фотокатализатори абсорбират само един фотон наведнъж, което ограничава тяхната мощност.

"Органометалните реагенти рутинно се използват като основни градивни елементи в органичната химия за бързо диверсифициране на молекулярни фрагменти чрез карбанионни междинни продукти“, отбелязват авторите в Nature Catalysis.

Карбанионите, отрицателно заредените въглеродни атоми, са незаменими за производството на лекарства, полимери и фини химикали. Но традиционното им производство изисква агресивни органолитиеви или Гринярови реактиви, често обработвани при криогенни температури и генериращи големи обеми химически отпадъци.

Превръщане на алкени в източници на карбанион

Иновацията на екипа използва видима светлина и персонализирани фотокатализатори, за да задейства многофотонен процес, който трансформира алкените в реактивни карбаниони. Алкените, сред най-разпространените нефтохимически и селскостопански суровини, сега се превръщат в прекурсори на чисти високо функционализирани молекули.

  • Използва само видима светлина като входяща енергия;
  • Заменя токсичните, генериращи отпадъци метали с леки условия;
  • Може да се мащабира с възможност за индустриални реактори с непрекъснат поток;
  • Изгражда сложни молекули като аминокиселини и антихистамини от достъпни химикали.

Тази стратегия позволява реакции като хидроамидиране, аминоалкилиране и дори двойна функционализация с въглероден диоксид. Подходът е в съответствие с глобалните усилия за по-екологично производство, отразявайки целите на Програмата за зелена химия на Агенцията за опазване на околната среда на САЩ и Целите за устойчиво развитие на ООН.

Обещаващо приложение в индустрията

За разлика от неустойчивите лабораторни трикове, методът работи в системи с непрекъснат поток, които вече се използват във фармацевтичното производство. Изследователите демонстрират директен синтез на антихистамини от прости амини и алкени, подчертавайки индустриалния потенциал. Непрекъснатият поток предлага както безопасност, така и ефективност, намалявайки енергийните разходи, като същевременно поддържа реакциите стабилни.

Какво следва

Групата Polyzos сега изследва комбинации от своите фотокатализаторите с ензими, прецизните инструменти на природата. Такива хибридни системи биха могли да конструират триизмерни лекарствени молекули с безпрецедентна селективност, като по този начин задълбочават светлинния синтез във фармацевтичните открития.

От вековните реактиви на Гриняр до днешната химия, задвижвана от светлина, областта е затворила цикъла. Учейки се от фотосинтезата, химиците намират начини да създават по-чисти лекарства, материали и горива. В този смисъл слънчевата светлина не е просто източник на енергия, а принцип на проектиране за бъдещето на производството.

Справка: Czyz, M.L., Horngren, T.H., Kondopoulos, A.J. et al. Photocatalytic generation of alkyl carbanions from aryl alkenes. Nat Catal 7, 1316–1329 (2024). https://doi.org/10.1038/s41929-024-01237-x 

Източник: Sunlight Could Rewrite the Rules of Green Chemistry, University of Melbourne

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !