Práce týmu prof. Cibulky na obálce časopisu Chemical Science

V laboratoři profesora Radka Cibulky se dlouhodobě snaží vyvinout systémy, které by usnadnily chemické reakce, a tak i cestu k některým léčivům či dalším užitečným látkám. Prestižní časopis Chemical Science nyní opublikoval nový systém pro chemické redukce založený na deprotonovaných flavinech, derivátech vitaminu B2. Systém byl vyvinut v rámci spolupráce týmů z VŠCHT Praha a Univerzity Adama Mickiewicze v rámci projektu Grantové agentury České republiky a polské grantové agentury NCN.

„Připadáme si jako montéři. Odebrání jedné součástky (protonu) z molekuly téměř bezbarvého 3-methyllumichromu – látky, která je s flaviny příbuzná – vyvolá strukturní změny, které vedou ke vzniku oranžového flavinového aniontu. Tento flavinový anion je unikátní, neboť jeho protonovaná forma neexistuje. My jsme ten anion navíc využili jako katalyzátor redukcí. Stačí na něj posvítit tyrkysovým světlem a redukce probíhá.“ říká Radek Cibulka.

Původní článek

Introduction of flavin anions into photoredox catalysis: acid–base equilibria of lumichrome allow photoreductions with an anion of an elusive 10-unsubstituted isoalloxazine

Dorota Prukała, Ekaterina Zubova, Eva Svobodová, Ludmila Šimková, Naisargi Varma, Josef Chudoba, Jiří Ludvík, Gotard Burdzinski, Iwona Gulaczyk, Marek Sikorski and  Radek Cibulka

Chem. Sci., 2025,16, 11255-11263

https://doi.org/10.1039/D5SC01630D

licensed under CC-BY 3.0

Následují vybrané části článku. Formát a hypertextové odkazy byly převzaty z originálu.

Abstrakt

Flaviny se osvědčily jako účinné katalyzátory v oxidační fotoredoxní katalýze. Naopak jejich použití v redukční fotokatalýze zůstává omezené, hlavně kvůli relativně nízké stabilitě přechodných flavinových radikálů (semichinonů), které se používají ve fotoredukcích. Plně redukované formy flavinů jsou také nevýhodné ve fotokatalýze, protože absorbují světlo v UV oblasti spíše než ve viditelné oblasti. V této práci představujeme nový přístup k redukční fotokatalýze flavinů, který využívá flavinový (izoalloxazinový) anion odvozený od těžko dostupného 10-nesubstituovaného 3,7,8-trimethylisoalloxazinu, nestabilního tautomeru 3-methyllumichromu. Zjistili jsme podmínky, za kterých se tento isoalloxazinový aniont tvoří in situ deprotonací/izomerizací ze snadno dostupného 3-methyllumichromu, a následně jsme jej použili jako fotoredoxní katalyzátor při redukční dehalogenaci aktivovaných bromoarenů a jejich C–P kopulační reakci s trimethylfosfitem za vzniku arylfosfonátu. Spektroskopie v ustáleném stavu a přechodná absorpční spektroskopie, NMR a cyklická voltametrie spolu s kvantově chemickými výpočty ukázaly, že anion oxidovaného isoalloxazinu má oproti jiným formám flavinů používaných ve fotoredukcích několik výhod, jako je vysoká stabilita i v přítomnosti kyslíku, absorpční maximum ve viditelné oblasti, což umožňuje použití excitačního světla mezi 470 a 505 nm, a relativně dlouhá životnost singletového excitovaného stavu.

Materiály a metody

Spektra nukleární magnetické rezonance (NMR) byla naměřena v CD₃CN, DMSOd₆ , DMF-d₆, TFA-d₃ nebo v jejich směsích na přístroji Agilent 400-MR DDR2 (399,94 MHz pro ¹H, 100,58 MHz pro ¹³C), JEOL-ECZL400G (400 MHz pro ¹H, 101 MHz pro ¹³C) nebo Bruker Avance III 600 MHz (600 MHz pro ¹H a 151 MHz pro ¹³C) při 298 K. Údaje pro ¹H NMR jsou uvedeny následovně: chemický posun (δ ppm), multiplicita (s = singlet, d = doublet, t = triplet, q = kvartet, m = multiplet, dd = doublet doubletů, dt = doublet tripletů, br = široký atd.), vazebná konstanta (Hz) a integrace. Všechna NMR spektra byla zpracována a přiřazena pomocí MestreNova.

Hmotnostní spektra s vysokým rozlišením byla získána na Q-Tof Micro (Waters), vybaveným kvadrupólem a analyzátorem doby letu (TOF) a multikanálovým deskovým (MCP) detektorem. Analýza GC-MS byla provedena na plynovém chromatografu Trace Ultra (Themo Scientific) s kvadrupólovým hmotnostním spektrometrem DSQ II (Thermo Scientific) vybaveným kapilární kolonou DB-5ms (30 m x 0,25 mm, fólie 0,25 um) nebo na plynovém chromatografu 7890 (Agilent) s hmotnostním spektrometrem Orbitrap Exploris 240 (Thermo Scientific) vybaveným kapilární kolonou DB-5ms (30 m x 0,25 mm, fólie 0,25 um). V pozitivním režimu byl použit SICRIT (Soft Ionization by Chemical Reaction In Transfer – Plasmion GmbH, Německo).

Teploty tání byly měřeny na aparatuře Boetius a nejsou korigovány. Fotoredoxní katalýza byla provedena pomocí Luxeon Star LED 470 nm (65 lm @ 700mA) s dominantními vlnovými délkami 460–485 nm v tvrzeném hliníkovém bloku (uspořádání viz S3) a Luxeon Star LED 505 nm (76 lm @ 350mA) s dominantními vlnovými délkami 490–515 nm. Absorpční spektra UV-Vis byla zaznamenána na spektrofotometru UV-2550 (Schimadzu). Emisní spektra v ustáleném stavu a spektra excitace fluorescence byla zaznamenána na spektrofluorometru Jobin Yvon-SpexFluorolog 3-22. Upozorňujeme, že spektra byla zaznamenána při použití stejných excitačních a emisních štěrbin pro jednotné spektrální rozlišení a citlivost. Měření životnosti fluorescence všech sloučenin byla provedena metodou časově korelovaného počítání jednotlivých fotonů (TCSPC). Rozpad byl měřen pomocí TCSPC Triple Illuminator jako příslušenství ke spektrofluorometru Fluorologs 3-22 pro měření v ustáleném stavu, který přidává schopnost měření životnosti v časové doméně. Jako zdroj excitace byly použity diody NanoLED (λexc = 368 nm a 389 nm) od IBH. Přístroj v této hardwarové konfiguraci je schopen měřit doby života krátké až 400 ps. Dekonvoluce křivek rozpadu fluorescence byla provedena pomocí softwaru IBH Consultants. Experimentální nejistoty v dobách života jsou 10 %. Nastavení pro měření přechodných absorpčních spekter UV-Vis: Tripletové stavy byly generovány a analyzovány pomocí laserové flash fotolýzy s použitím nanosekundového Q-spínaného Nd: YAG laseru v kombinaci s optickým parametrickým oscilátorem (OPO) pracujícím na 470 nm; energie laserového pulzu byla udržována kolem 0,5 mJ/pulz. Roztok vzorku byl před měřením zbaven kyslíku probubláváním argonem po dobu 15 minut. Spektra byla stanovena pomocí kinetiky shromážděné v rozmezí 350–700 nm s intervalem 10 nm. Podrobnosti viz ref. 1.

Elektrochemická měření (cyklická voltametrie) byla prováděna pomocí počítačem řízeného potenciostatu PGSTAT101 (Autolab-Metrohm) s použitím softwaru NOVA 1.11, podrobnosti viz kapitola 5.