Ученые разработали новый метод производства пропранолола — важного препарата (бета-блокатора) для лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Они создали мембранный реактор на основе оксида графена с присоединенными аминогруппами (NGO), который позволяет синтезировать препарат почти со 100% выходом и минимальным количеством побочных продуктов всего за 4,6 секунды при комнатной температуре. Новый метод значительно быстрее и экологичнее традиционных способов и может применяться для производства других бета-блокаторов. Результаты опубликованы в журнале Matter.
Препараты бета-блокаторы блокируют специальные рецепторы в сердце, на которые обычно действует адреналин — гормон стресса, заставляющий сердце биться быстрее и сильнее. Благодаря этим препаратам сердце замедляет ритм и снижает давление, что защищает его от перегрузок и улучшает кровообращение. Пропранолол — один из самых часто используемых бета-блокаторов, который помогает при таких проблемах, как высокое давление, аритмия и стенокардия. Эти лекарства особенно важны для людей с сердечной недостаточностью, так как снижают риск осложнений и улучшают качество жизни.
Традиционные методы синтеза пропранолола включают открытие кольца эфира нафтилглицидила с помощью изопропиламина, но они часто требуют длительного времени реакции, имеют низкий выход и приводят к образованию нежелательных побочных продуктов. Кроме того, процессы очистки и разделения веществ осложняют промышленное применение.
Ученые изготовили новые реакторы на основе мембран из щелочного оксида графена с присоединенными аминогруппами (NGO) и сравнили их с мембранными реакторами из кислого оксида графена (GO). Оба типа мембран использовались как нанореакторы для проведения реакции открытия кольца. Мембрана NGO показала в 4,36 раза большую каталитическую пропускную способность и примерно в восемь раз более высокую частоту оборота (TOF) по сравнению с мембраной GO. Это говорит о том, что такая мембрана способна пропускать гораздо больше исходных реагентов и быстрее превращать их в конечный продукт — пропранолол.
Реактор на основе NGO позволяет проводить реакцию синтеза пропранолола с почти 100% выходом (конверсией) и минимальным количеством побочных продуктов всего за 4,63 секунды при комнатной температуре (23 °C).
Далее ученые стремились улучшить показатели с помощью изменения расстояния между слоями мембраны NGO методом мягкого термического отжига. С уменьшением расстояния повышались показатели конверсии и селективности (меньшее количество побочных продуктов). Дальнейший анализ показал, что энергетический барьер для образования пропранолола снижается при уменьшении пространства между слоями, что ускоряет реакцию. При этом энергия, необходимая для начала реакции образования побочных продуктов, увеличивается, что препятствует их образованию, несмотря на термодинамическую стабильность. Это приводит к тому, что основным продуктом становится пропранолол, а получение продуктов напрямую зависит от скорости их образования.
Чтобы дополнительно снизить количество побочных продуктов, возникающих из-за реакций между остаточным нафтилглицидилом и пропранололом, ученые увеличили количество изопропиламина до соотношения 1:3. При таком соотношении реакция достигала почти 100% выхода и селективности.
В сравнении с ранее известными каталитическими системами мембранный реактор на основе NGO показал значительно более короткое время реакции, возможность работы при комнатной температуре и более высокую эффективность конверсии. Его частота оборота достигала 17,48 ч-1, что в 7,7 раза превышало показатель порошкового катализатора NGO (2,27 ч-1) при тех же условиях. Это означает, что мембранный реактор с NGO способен преобразовывать больше молекул исходного вещества в продукт за одну и ту же единицу времени по сравнению с порошковым катализатором.
Кроме пропранолола, реактор успешно применили для синтеза других бета-блокаторов — метопролола, бисопролола, пиндолола и нафтофидила, что демонстрирует его универсальность и потенциал для масштабного фармацевтического производства.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
