В ходе фотосинтеза растения, как мы помним, собирают солнечную энергию и используют её в качестве движущей силы реакций, конечным продуктом которых является фиксация молекул атмосферного диоксида углерода в виде сложных молекул сахаров. Американские исследователи предложили новый механизм реакции, позволяющей связывать и удерживать CO₂, который более всего напоминает природный фотосинтез. Захват света при этом осуществляется кремниевыми наноразмерными проволочками.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Angewandte Chemie, были успешно использованы для синтеза двух прекурсоров, необходимых для дальнейшей выработки противовоспалительных болеутоляющих препаратов — ибупрофена и напроксена.

Рис. 1. Схема предложенного процесса (иллюстрация Angewandte Chemie).

Природный фотосинтез состоит из «светлой» (на солнечном свету) и «темной» (не требует света) реакции. На светлой стадии фотоны падающего света абсорбируются, а их энергия запасается в форме химических соединений, таких как NADPH (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) и АТФ (аденозинтрифосфат), которые затем используются для связывания CO₂ с получением сложных молекул сахаров.

Центральным событием «тёмной» реакции является связывание CO₂ в фосфатный сахар 1,5-дифосфатрибулозу, который затем конвертируется в бета-кетокислоту — основной строительный блок синтеза сахаров.

Исследователи из Бостонского колледжа (США), воодушевленные элегантностью механизма «тёмной» реакции, решили использовать р-допированную кремниевую нанопроволоку в качестве фотокатодов. Как оказалось,

такая система эффективно конвертирует солнечную энергию в электрическую. Кремниевую нанопроволоку легко получить, и она, что удивительно, достаточно химически стабильна, чтобы быть использованной внутри реакционной смеси.

Полезное поглощение фотонов атомами кристаллической решётки кремния порождает поток свободных электронов, которые могут передаваться органическим молекулам, давая старт быстрым химическим превращениям. В качестве исходных исследователи применили ароматические кетоны, которые легко активируются, принимая электрон с фотокатода и образуя хоть и стабилизированный резонансным эффектом бензольных колец, но всё же радикал, способный атаковать и связывать молекулы CO₂. Венцом многоступенчатой реакции является образование альфа-гидроксикислоты, что дало возможность получить желаемые прекурсоры для двух препаратов (ибупрофена и напроксена) с высоким выходом и высокой селективностью.

Описанная здесь реакционная последовательность напоминает природный процесс фотосинтеза и одновременно решительно отличается от всех предыдущих попыток связать CO₂ с помощью солнечного света. Таким образом, с учётом высокой селективности и эффективности протекающих реакций можно констатировать, что предложенная стратегия действительно полезна для получения сложных органических интермедиатов для тонкого органического синтеза, а также для синтеза фармпрепаратов.