На главную

 
Научные подразделения Центра
Научная библиотека
Научные советы
Издательская деятельность
История ИК СО РАН
Версия для печати | Главная > Центр > Научные советы > Научный совет по катализу > ... > 1999 год > № 9-10

№ 9-10

Обложка

Содержание

Памяти выдающихся ученых

В научном совете по катализу

Воспомининия каталитика
Катализ и жизнь.О.В.Крылов
(Продолжение , начало в N8, 1999)

Перспективы




Памяти выдающихся ученых

Подробнее


В научном совете по катализу

Подробнее


Воспомининия каталитика

Подробнее


Перспективы

Перспективы

Перспективы электросинтеза в фармацевтической промышленности
(Окончание, начало в N8, 1999)

Способы проведения электросинтеза

Электрохимические превращения могут осуществляться двумя основными способами: с участием и без участия медиаторов.

Безмедиаторный синтез

Целевой продукт получается путем превращения на электроде электроактивного предшественника R . В этом случае процесс, как правило, идет при участии хемосорбированных органических соединений и электрод должен обладать высокой электрокаталитической активностью.
Электросинтез с участием медиаторов

В этом случае превращение органического субстрата происходит в объеме раствора с участием образующихся на электроде гомогенных окислителей Ox или восстановителей Red (медиаторов). Медиаторы многократно вовлекаются в процесс, являясь, таким образом, гомогенными катализаторами.

Примеры использования электросинтеза для получения лекарственных препаратов

Безмедиаторный электросинтез

Фторорганические соединения составляют значительную группу лекарственных препаратов, включая ряд нейролептиков, антидепрессантов, антиметаболиков. Получение фторпроизводных химическим путем требует "жестких" условий, токсичных реагентов и обычно является многостадийным. Напротив, при использовании электрохимических методов часто удается существенно сократить количество стадий, процессы протекают в мягких условиях.

Для фармацевтической промышленности перспективны процессы анодного фторирования. Реакции протекают с высокими выходами и селективностями на платиновом электроде в среде ацетонитрила и Et 3N 3HF в качестве электролита. Основой является нуклеофильная атака фторид-иона на образующийся в анодном процессе катион-радикал. Поскольку фторид-ион характеризуется низкой нуклеофильностью, для осуществления анодного фторирования обычно используют предшественники, содержащие электроноакцепторные заместители (например, CN, CO2Et).

Тот же самый принцип - анодное формирование катионных интермедиатов в присутствии нуклеофила - лежит в основе реакций анодного метоксилирования .

Использование электросинтеза во многих случаях позволяет сократить число стадий процесса и увеличить выход продукта. Так, в (J.Org.Chem. 57 (1992) 2947) приводится сравнение химического и электрохимического способов получения a -ацетокси-сульфида. Анодное ацетоксилирование может быть проведено в одну стадию с выходом полезного продукта 76 %, тогда как выход химического процесса не превышает 38 %.

Великолепным способом получения сложных органических молекул является реакция Кольбе, представляющая собой анодное сочетание карбоновых кислот или карбоксилатов щелочных металлов. Реакция идет по радикальному механизму на платиновом электроде в среде метанола. На практике для перекрестного сочетания обычно выбирают компоненты с различной молекулярной массой. Используя избыток более дешевого субстрата (например, R`CO2H ), можно увеличить выход продукта перекрестного сочетания (R - R` ). Побочные продукты, образующиеся вследствие симметричного сочетания, легко могут быть удалены перегонкой или кристаллизацией.

Наряду с рассмотренными анодными процессами значительный интерес представляют катодные реакции, такие как гидродимеризация , карбоксилирование и др. Классический пример - крупнотоннажный промышленный процесс гидродимеризации акрилонитрила в адипонитрил. Катодное карбоксилирование лежит в основе получения целого ряда анальгетиков и противовоспалительных препаратов, таких как напроксен, фенопрофен, ибупрофен.

Электрохимические процессы с участием медиаторов

Процессы играют важную роль в практическом электросинтезе. К настоящему времени удалось реализовать ряд реакций непрямого окисления электрогенерированными окислителями, такими как Br2, Ce(IV), Os(VIII) . Так, промышленный процесс окисления глюкозы в глюконат кальция электрогенерированным на аноде бромом действует с 50-х годов.

Значительный интерес для производства лекарственных препаратов представляет процесс непрямого электрохимического получения диолов. При использовании в качестве медиатора комплекса осмия с хиральным лигандом гидрохинон-4-хлорбензоатом избыток энантиомера в продукте реакции составляет более 96 %. Важным преимуществом электрохимического подхода в данном случае является возможность значительного снижения количества токсичного комплекса осмия по сравнению со стехиометрическим, используемым при химическом синтезе. Приведенный пример интересен тем, что процесс ведут в водно-органической эмульсии. Электрохимическая реакция происходит в водной фазе, а окисление органического субстрата - в органической.

Приведенные примеры иллюстрируют богатые возможности электросинтеза для производства лекарственных препаратов. Для успешной реализации электроорганических процессов в промышленном производстве необходимо иметь в виду некоторые специфические проблемы.

Проблемы и ограничения

  • Одной из проблем, долгое время ограничивавшей использование электросинтеза для препаративных целей, являлся "двумерный" характер электродных процессов, лимитирующий выход продукта с единицы объема. Появление в последние десятилетия электродов с развитой поверхностью и фильтр-прессных электролизеров позволяет существенно расширить область применения электросинтеза.
  • Серьезной проблемой является достижение высокой селективности превращения сложных многофункциональных органических соединений. Электроактивными могут являться сразу несколько функциональных групп и для повышения селективности приходится использовать маскирующие реагенты, предотвращающие превращения тех или иных групп. Промежуточными продуктами многих реакций анодного окисления являются радикалы, которые на поверхности и в объеме электролита могут подвергаться нежелательным процессам глубокого окисления, димеризации, диспропорционирования и др.
  • При синтезе многих лекарственных препаратов требуется региоселективность. Для ее достижения используются специальные хиральные реагенты в объеме электролита. В ряде случаев проблему удается решить путем модифицирования поверхности электрода, например, комплексами металлов с хиральными лигандами, полимерными пленками и др.
  • При использовании электросинтеза нельзя забывать, что наряду с основным процессом на рабочем электроде имеют место также процессы на вспомогательном электроде. В связи с этим затраты электроэнергии возрастают. Тем не менее в ряде случаев этот недостаток удается обратить в достоинство, получая на противоэлектроде полезный продукт.
  • Существует также проблема отделения и повторного вовлечения в процесс электролита.

Следует отметить, что многие из указанных выше трудностей успешно преодолеваются по мере развития фундаментальной и прикладной электрохимии. Хочется верить, что химики-органики обратят на электросинтез более пристальное внимание, и эффективные, экологически безопасные электрохимические технологии займут достойное место в фармацевтической промышленности ХХI века.

Подготовила к.х.н., с.н.с. Е.Р. Савинова



Copyright © catalysis.ru 2005-2023
Политика конфиденциальности в отношении обработки персональных данных