I ricercatori della Brown University hanno sviluppato un nuovo catalizzatore composito in grado di eseguire quattro reazioni chimiche separate in ordine sequenziale e in un unico contenitore per produrre composti utili per realizzare un'ampia gamma di prodotti farmaceutici.

"Normalmente occorrono più catalizzatori per eseguire tutte le fasi di questa reazione, " disse Chao Yu, un ricercatore post-dottorato alla Brown che ha co-diretto il lavoro con lo studente laureato Xuefeng Guo. "Ma abbiamo trovato un singolo nanocatalizzatore in grado di eseguire da solo questa reazione a più fasi".

La ricerca, descritto nel Giornale della Società Chimica Americana , è stata una collaborazione tra i laboratori dei professori Brown Christopher Seto e Shouheng Sun, che sono coautori del documento.

Il lavoro è stato fatto, i ricercatori hanno detto, con l'obiettivo di trovare modi per rendere l'industria chimica più sostenibile dal punto di vista ambientale. I catalizzatori multi-reazione come questo sono un passo avanti verso questo obiettivo.

"Se stai eseguendo quattro diverse reazioni separatamente, quindi hai quattro diversi passaggi che richiedono solventi e materiali di partenza, e ciascuno di essi lascia rifiuti contaminati da sottoprodotti della reazione, " disse Seto. "Ma se puoi fare tutto in una pentola, puoi usare meno solvente e ridurre gli sprechi."

Il team ha realizzato il nuovo catalizzatore coltivando nanoparticelle di argento-palladio sulla superficie di nanotubi fatti di ossido di tungsteno carente di ossigeno (ossido di tungsteno con alcuni dei suoi atomi di ossigeno mancanti). I ricercatori hanno dimostrato che potrebbe catalizzare la serie di reazioni necessarie per convertire l'acido formico dei comuni materiali di partenza, nitrobenzene e un'aldeide in un benzossazolo, che può essere usato per fare antibatterici, antimicotici e antidolorifici FANS. I ricercatori hanno dimostrato che il catalizzatore potrebbe essere utilizzato anche per creare un altro composto, chinazolina, che viene utilizzato in una varietà di farmaci antitumorali.

Gli esperimenti hanno mostrato che il catalizzatore potrebbe eseguire le quattro reazioni con una resa quasi quantitativa, il che significa che produce la massima quantità possibile di prodotto per una data quantità di materiali di partenza. Le reazioni sono state eseguite a una temperatura inferiore, in un tempo più breve, e utilizzando solventi più rispettosi dell'ambiente rispetto a quelli normalmente utilizzati per queste reazioni.

"La temperatura che abbiamo usato per sintetizzare questo prodotto è di circa 80 gradi Celsius, " ha detto Guo. "Normalmente la reazione avviene intorno ai 130 gradi ed è necessario eseguire la reazione per uno o due giorni. Ma possiamo ottenere una resa simile a 80 gradi in otto ore".

Il nuovo catalizzatore è anche in grado di produrre i composti del benzossazolo utilizzando materiali di partenza più rispettosi dell'ambiente rispetto a quelli generalmente utilizzati. La catena di reazione richiede una fonte di idrogeno per la sua fase iniziale. Quella fonte potrebbe essere idrogeno puro, che è difficile da immagazzinare e trasportare, oppure potrebbe essere estratto da un composto chimico. A questo scopo viene spesso utilizzato un composto chiamato ammoniaca borano, ma il nuovo catalizzatore consente di utilizzare invece l'acido formico, che è "più economico, più verde e meno tossico, " disse Yu.

E mentre molti catalizzatori testati in queste reazioni non possono essere usati più di una volta senza danneggiare gravemente la loro efficienza, i ricercatori sono stati in grado di utilizzare il nuovo catalizzatore fino a cinque volte con un calo minimo della resa della reazione.

Sun afferma che studi come questo rappresentano una linea di ricerca emergente nella chimica più verde.

"Normalmente nella catalisi facciamo una reazione alla volta, con un catalizzatore diverso per ogni reazione", ha affermato Shouheng Sun, un professore di chimica alla Brown. "Ma c'è un crescente interesse nel trovare catalizzatori in grado di eseguire più reazioni in una pentola, ed è quello che abbiamo fatto qui".