Подробности в фотосинтезе по запросу

31 октября 2022 г.Отзыв от Милы Переры

В природе некоторые животные образуют гибкие и прочные волокна, такие как шелковые пауки, которые вырабатываются их паутиной. Эти волокна состоят из полипептидной структуры и вдохновляют на изучение роста функциональных материалов.

N-карбоксиангидриды альфа-(α)-аминокислот (NCA) являются предшественниками синтетических полипептидов, но это соединение просто гидролизуется, что затрудняет его коммерческое получение.

Таким образом, необходимо синтезировать правильное количество NCA α-аминокислот в нужном месте и в нужное время. Как правило, NCA синтезируют из аминофосгена и кислот растительного происхождения.

Однако использование фосгена представляется крайне смертоносным и чрезвычайно опасным, что привело к увеличению спроса на новые химические соединения и реакции, которые могут их заменить.

Используя технологию фосгена по запросу, исследовательская группа доцента TSUDA Akihiko из Высшей школы Университета Кобе успешно синтезировала NCA безопасным, недорогим и простым способом из аминокислот и хлороформа, обычного органического растворителя.

Соответствующие патенты на это исследование были поданы в ноябре 2018 г. и ноябре 2019 г. Сообщения об академической статье опубликованы в Интернете по адресу Омега переменного тока 19 октября^{Десятый}2022.

Основными моментами были:

• Безопасный синтез полипептидных предшественников (NCA) in situ и по запросу с использованием света.
• Исследовательская группа успешно синтезировала 11 типов NCA из коммерческих аминокислот хлороформа и (обычного органического растворителя).
• В лаборатории они синтезировали эти вещества в масштабе до десяти граммов (это можно обобщить на производство в килограммовом масштабе).
• По сравнению с традиционной технологией синтеза (с использованием фосгена) и технологиями замещения фосгена сырье дешевле, труд проще и производится меньше отходов. Это может снизить стоимость и ущерб окружающей среде.
• Реакцию стимулировал видимый свет, и теоретически возможно провести эту реакцию синтеза с помощью солнечного света.
• Эти результаты исследований ускорят разработку функциональных биологических пептидов в промышленности или научных кругах.
• Ожидается, что эти методы станут хорошо зарекомендовавшими себя технологиями, которые будут в значительной степени способствовать достижению Целей в области устойчивого развития и усилиям по достижению нулевого уровня выбросов углерода.

Фосген (COCl₂) в качестве введения в полимеры, а также в качестве фармацевтического промежуточного продукта. Мировой рынок фосгена продолжает расти на несколько процентов в год, ежегодно производится около 8-9 миллионов тонн.

Однако фосген очень токсичен. Из соображений безопасности проводятся исследования и разработки для определения альтернатив. Впервые в мире исследовательская группа доцента Цуда облучила хлороформ с помощью ультрафиолетового света, заставив его реагировать с кислородом и производить фосген с высоким выходом (патент № 5900920).

Чтобы сделать это более безопасным и простым способом, исследовательская группа открыла метод, с помощью которого реакции, генерирующие фосген, можно проводить мгновенно. Первоначально они растворяли катализаторы и реагенты в хлороформе и получали фосген путем облучения раствора светом (патент № 6057449). Этот метод может выполнять органический синтез на основе фосгена, как если бы фосген не использовался.

Исследовательская группа назвала «метод органического синтеза фото по требованию» и успешно использовала его для синтеза многих полезных полимеров и органических химикатов.

Например, исследователям удалось получить огромное количество карбоната и хлорформита безвредным, недорогим и простым способом, просто облучая светом объединенный раствор хлороформа и спирта (с добавлением основания по мере необходимости).

Эти в высшей степени оригинальные реакции, разработанные в Университете Кобе, были улучшены благодаря партнерству с местными химическими компаниями, и конечной целью этого исследования является их практическое применение.

При увеличении финансирования со стороны JST A-STEP проводятся дополнительные прикладные исследования, а также выращивание функционального полиуретана с использованием этой технологии синтеза.

Технология ODS очень безопасна и экономична, наряду с ее низким воздействием на окружающие территории. В результате он привлек внимание как промышленности, так и научных кругов как устойчивый метод химического синтеза.

В этом исследовании α-амино-N-карбоксиангидриды (NCA) были успешно синтезированы из хлороформа и исходных аминокислот с использованием технологии фото-по-запросу.

NCA известен как предшественник полипептида. Хотя альфа-аминокислота легко растворяется в воде, она не растворяется в хлороформе. Это означает, что исследовательская группа не смогла объединить NCA с использованием предыдущей техники «изображение по запросу».

Команда обнаружила это, добавив ацетонитрил (CH .).₃CN), который можно смешивать с водой и хлороформом в качестве растворителя, может давать высокий выход (около 91%) NCA. Ожидалось, что реакция не будет протекать как обычно, поскольку ацетонитрил имеет тенденцию поглощать свет, что препятствует фотоокислению хлороформа.

Неожиданно ученые обнаружили, что реакция произошла, несмотря на это препятствие, что и привело к результатам успешного исследования.

Отдельно от исходного материала (аминокислот), рассеиваемого светом, эта реакция фотосинтеза также может быть использована для создания естественно синтезированных NCA с помощью фосгеновой технологии. На данный момент исследовательская группа успешно синтезировала 11 типов NCA, используя эту реакцию фотосинтеза.

Ниже приводится подробное описание техники синтеза. Первоначально альфа-аминокислоту суспендировали в смешанном растворе ацетонитрила и хлороформа.

Затем этот раствор подвергали световому облучению в течение двух-трех часов при 70°С. После выключения лампы НКА производили нагреванием и перемешиванием раствора в течение примерно 1 часа. Этот продукт может быть экстрагирован и очищен для достижения высокой чистоты NCA.

Фотоокислению хлороформа способствовала радикальная цепная реакция, инициированная световым разрывом связей C-Cl. Следовательно, синтез в масштабе до 10 г может быть достигнут только за счет увеличения размера реакционного сосуда и сохранения того же источника света.

Считается, что при расширении масштабов этой технологии ее можно будет использовать в самых разных областях, от академических кругов до химической промышленности.

Новейшая технология синтеза NCA фото-по-запросу, разработанная в рамках этого исследования, позволяет безопасно, недорого и просто синтезировать огромные количества NCA (известных как предшественники полипептидов).

Это приобретение простых NCA подтолкнет к изучению и разработке синтетических полипептидов, что приведет к производству новых материалов, таких как новые функциональные полипептидные волокна, которые выходят за рамки натуральных волокон, производимых животными.

Также ожидается, что синтез новых полипептидных волокон с помощью аминокислот растительного происхождения в качестве старта позволит выращивать биоматериалы следующего поколения, отвечающие требованиям времени.

Tsuda Group намерена использовать метод сборки изображений по требованию NCA в промышленности. В результате они предоставляют заинтересованным компаниям патентные лицензии и рекомендации по использованию этих методов, а также процедуры дальнейшего изучения и разработки. Они намерены развивать это исследование путем сотрудничества с промышленностью.

Это исследование было финансово поддержано Адаптируемой и беспрепятственной передачей технологий через целевую программу исследований и разработок (A-STEP) (разработка типовых семян) Японского агентства по науке и технологиям (JST).

ссылка на журнал

Сугимото, Т .; , и другие. (2022) Фотосинтез альфа-аминокислоты по требованию н— Карбоксиангидрид с хлороформом. Омега переменного тока. doi.org/10.1021/acsomega.2c05299.

источник: https://www.kobe-u.ac.jp/en/index.html