电池技术的最新进展，从它们的工程设计到其内部发生的电化学，使得Teslas，Leafs，Volts和其他电动汽车迅速崛起。
现在，斯克里普斯研究公司的科学家们受到这些电池的精细电化学的启发，开发了类似电池的系统，使他们能够为药品生产带来潜在的进步。
他们于2月22日在“ 科学”杂志上发表的新方法避免了与一种称为溶解金属还原的化学反应相关的安全风险，这种化学反应通常用于生产用于制造药物的化合物。他们的方法将提供超过目前化学制造方法的巨大优势，但是直到现在，由于安全考虑，它们基本上已被搁置。
几十年前，我们在电动汽车中使用的相同类型的电池对于商业用途来说太危险了，但现在由于化学和工程方面的进步，它们非常安全，“持有Darlene的Phil Baran博士说。 Scripps Research的Shiley化学主席，也是科学论文的高级作者。“通过应用使新一代电池成为可能的一些原理，我们开发了一种安全进行大规模还原性化学反应的方法，因为 - 直到现在 - 它们太危险了或者代价高昂。“
“这不仅可能对药品生产产生重大影响，”巴兰补充说，“而且还因为安全问题传统上避免使用这种化学药剂的药剂师的心态。这个问题实际上引起了我们的注意。作者，辉瑞公司的药物化学家迈克尔柯林斯正是出于这个原因。“
最强大的反应之一，以及化学家用来制造新分子的这种深度减少的化学反应的代表性例子是Birch减少，这在很大程度上是由澳大利亚化学家Arthur Birch在20世纪40年代开创的。这种还原反应包括将活性金属溶解在液氨中以操纵环状分子，该环状分子可用作制造许多化学产品(包括药物分子)的基础。
该程序要求冷凝氨或类似化合物，这些化合物具有腐蚀性，毒性和挥发性，并将其与锂等金属结合，如果暴露在空气中则容易爆炸成火焰。该过程必须在极低的温度下进行，需要昂贵的设备和专家。
在制药生产中使用溶解金属还原的一个罕见例子是辉瑞公司以前开发的一种化合物，这是化学制造领域的一项非凡成就，需要大力推进。大规模生产该化合物的系统需要足够的气态氨来填充三架波音747客机，并且必须在-35摄氏度下进行。辉瑞公司利用这种化学反应的长度证明了反应的合成能力。
为了克服使用这种化学品的这些重大障碍，巴兰和他的团队通过与由Matthew Neurock领导的Shelley Minteer博士和明尼苏达大学领导的犹他大学的专家联手，研究了电池制造方面取得的进展。 ，博士。
用于现代电子产品(如移动电话，笔记本电脑和电动汽车)的锂离子(Li-ion)电池依赖于称为固体电解质间期(SEI)的内部组件的进步。SEI是在电池首次充电时在锂离子内部的一个电极上形成的保护层，并且允许电池再充电。生产现在用于消费电子产品的安全和高效电池依赖于多年来在优化化学条件(电解质，溶剂和添加剂的组成)方面取得的进展，这些化学条件产生了SEI。
该团队指出，在电池中形成SEI的反应是类似于Birch反应及其亲属的电化学反应。他们猜测，他们可以从电池制造商学到的东西中借鉴一种安全实用的电解还原反应方法。
“在很多方面你都在关注类似的情况 - 强有力的反应，如果得到有效利用，可以提供巨大的效用，”巴兰实验室的研究生，科学论文的共同作者之一Solomon Reisberg说。“该团队利用了来源于电池还原电化学条件的来之不易的知识，并利用这些知识重新思考还原化学可以大规模使用的程度。”
Scripps Research团队首先测试了一系列用于防止锂离子电池过度充电的添加剂，发现两种物质二甲基脲和TPPA的组合使得Birch反应在室温下成为可能。
测试电池中使用的各种其他材料，Baran的团队提出了一系列条件，使他们不仅可以安全地进行还原电合成，而且还可以增加反应的多功能性，从而创造出更广泛的产品变体，这在以前的电化学中是不可能实现的。方法。
该方法避免了将液态金属溶解在大量氨中的需要 - 以及相关的成本和风险 - 而是使用类似于电池中使用的电解质系统。除了Birch反应之外，研究人员还能够将该技术应用于通常用于合成的其他类型的强力反应，但很少(如果有的话)在工业环境中使用。
研究人员合成了多种重要的单环化合物以及多环结合的分子，以形成更复杂的结构，形成药物和其他化学产品的骨架。与先前大规模进行还原化学反应所需的昂贵设备相比，该团队与位于中国天津的化学品制造商Asymchem Life Science合作，建造了一个小型模块化设备，能够生产少量产品。 $ 250
“这表明，通过调整我们从电池技术的快速发展中学到的电化学知识，可以产生千克级的药学相关结构单元合成，”Baran说。“我们预计这将成为行业的福音，使他们最终能够将这些反应用于实际应用。”