Onderzoekers van CiTOS – Centrum voor geïntegreerde technologieën en organische synthese (Universiteit van Luik, BE) onder leiding van Jean-Christophe Monbaliu hebben een on-demand stroomplatform ontwikkeld voor de productie van watervrij stikstofmonoxide (N₂HOI₃) ontwikkelde extreem sterke nitroserende reagentia die notoir moeilijk te vervaardigen en te gebruiken zijn. Dit project, gefinancierd door de FRS-FNRS als onderdeel van een onderzoeksstimulans, ontsluit het potentieel van N₂HOI₃ voor de productie van organische moleculen met hoge toegevoegde waarde. De resultaten van dit onderzoek zijn nu gepubliceerd in een tijdschrift Internationale editie van toegepaste chemie gepubliceerd als onderzoeksrapport.

Kleine cyclische moleculen die stikstofatomen bevatten (N-heterocycli) zijn een gebruikelijke structuur in bioactieve verbindingen, vooral in farmaceutische middelen. Daarom is de ontwikkeling van nieuwe methoden voor stikstofopname in cyclische structuren een actueel en belangrijk doel. Onder deze methoden is nitrosatie een van de meest bruikbare benaderingen om stikstofatomen in organische moleculen op te nemen. De meest voorkomende nitroserende reagentia zijn voornamelijk zouten en esters van salpeterzuur (HNO₂), een secundair product van stikstofmonoxide (NO). NO, dat vooral bekend staat als verontreinigende stof in uitlaatgassen van verbrandingsmotoren, wordt ook industrieel in grote hoeveelheden geproduceerd. Gemeenschappelijke nitroserende reagentia zijn berucht om hun schadelijke effecten op het milieu en genereren veel afvalproducten.

Donkerblauw lachgas (N₂HOI₃) is een sterk nitroserend middel geproduceerd door de reactie tussen NO en zuurstof (O₂) kan worden geproduceerd onder strikt gecontroleerde en lage temperatuuromstandigheden. N is echter₂HOI₃ onstabiel bij kamertemperatuur: vormt enkele ontledingsproducten (NO, NO₂ en N₂HOI₄), wat veel minder handig is. Deze instabiliteit wordt verergerd wanneer er vloeibare en gasvormige fasen zijn, zodat de concentratie van N₂HOI₃ moeilijk te beheersen in de vloeibare fase. Daarom is er weinig gezegd over de toepassing van N₂HOI₃ in synthetische organische chemie en bereiding van N-heterocycli met toegevoegde waarde.

Aangetrokken door de unieke reactiviteit van N₂HOI₃ en de mogelijkheid om het te produceren uit een wijdverbreide verontreinigende stof (NO), hebben onderzoekers van het CiTOS-laboratorium (Center for Integrated Technologies and Organic Synthesis) aan de Universiteit van Luik (België), geleid door Jean-Christophe Monbaliu, geprobeerd een concrete oplossing ontwikkelt zich tot N₂HOI₃ om er een toegankelijk reagens voor chemische synthese van te maken. Het team gebruikte de inherente eigenschappen van microreactoren en mesovloeistoffen om de unieke antwoorden te bedenken die de technologie mogelijk maakt.Eliminatie van de gasfase wordt mogelijk gemaakt door continue stroming in volume in beperkte micro- en mesofluidreactoren.“, legt Yuesu Chen uit, eerste auteur en senior postdoc bij CiTOS. De juiste combinatie van NEE en HOI₂ in aanwezigheid van een geschikt oplosmiddel zal N produceren₂HOI₃ direct in de vloeibare fase gevormd, waardoor schadelijke nevenreacties en ontleding in de gasfase worden vermeden. Dit biedt de wetenschap een betrouwbare en krachtige chemische generator voor N₂HOI₃ om weg te gooien”.

Stroomopwaartse chemicaliën N₂HOI₃-De generator voedt stroomafwaartse modules voor de nitrosatiereactie, waardoor ze direct kunnen worden gebruikt om een ​​breed scala aan unieke elementen te creëren N-heterocycliwaaronder benzotriazolen en sydnone, twee specifieke ruggengraat die in sommige medicijnen worden aangetroffen. “Dit onderzoek is van praktisch en theoretisch belang voor organische nitrosatiechemie en nitroxidechemie. Het vertegenwoordigt een belangrijke doorbraak in de ontwikkeling van een modulaire continue stroomstrategie voor de bereiding van een waardevolle bibliotheek van N-heterocyclische verbindingen. Het ontsluit eenvoudig synthetische N-chemie .₂HOI_3, die instabiel is chemicaliën die moeilijk te temmen zijnis”, aldus Jean-Christophe Monbaliu.

Het succes van dit project, dat werd gefinancierd door FRS-FNRS onder een Scientific Incentive Fellowship voor Jean-Christophe Monbaliu, hangt af van de wisselwerking tussen organische chemie, chemische technologie en computationele chemie. Dit houdt verband met zijn wetenschappelijke inspanningen om chemische en technologische innovatie te stimuleren om nitroserende reagentia en nitroso-soorten te temmen.