Faza 1: Separarea avansată a izotopului 13C pe o cascadă de trei coloane utilizând fracțiuni de diferite concentrații izotopice și conversia produsului la 13CO2 pentru aplicații bio-chimice.

Valoare fază: 1.745.914 lei
Termen de încheiere: 12.09.2019

Rezultate:

(i) realizarea schemei și a configurației de alimentare și conectare a coloanelor în serie;
(ii) stabilirea parametrilor de operare;
(iii) punerea în operare a instalației, alimentarea continuă, extragerea produsului și evacuarea deșeului;
(iv) bază de date experimentale pentru funcționare instalației cu coloane în paralel;
(iv) realizarea unei instalaţii experimentale pentru oxidarea CO la CO2;
(v) testarea catalizatorilor în reacţia de oxidare a CO nemarcat la CO2;
(vi) caracterizarea catalizatorilor utilizați.
(ii) Diseminare: 1 comunicare științifică prezentată la o conferință internațională și 1 acceptată:
• A. Balla, C. Marcu, J. Zs. Szucs-Balazs, C. Varodi, C. Lar, Ş. Bugeac, M. Miheţ, D.M. Lazăr, G. Borodi, Carbon monoxide oxidation over Ni/Al2O3 catalyst: determination of activation energy, RomCat 2019, 5-7 Iunie, 2019, Bucureşti, România;
• Ș. Bugeac, J. Zs. Szücs-Balázs, C. M. Varodi, C. Lar, M. C. Marcu, A. C. Balla, M. L. Gligan, Commissioning of a cryogenic distillation cascade for separation of carbon stable isotopes, PIM 2019, 25-27 Septembrie, 2019, Cluj-Napoca, România.

Faza 2: Marcarea izotopică cu 13C și 15N a cianobacteriei Arthrospira platensis (Spirulina) și a policatecolaminelor de tipul 3C-DA

Valoare fază: 1.767.090 lei
Termen de încheiere: 09.12.2020

Rezultate de cercetare:

Obiectivele etapei au fost îndeplinite. Rezultatele obținute în această fază a proiectului sunt:

(i) spirulină marcată cu 15N, produsul final având o concentrație izotopică de 92%; (ii) spirulină marcată cu 13C, produsul final având o concentrație izotopică de aproximativ 10%; (iii) spirulină marcată atât cu 15N cât şi cu 13C, structura produsului final fiind confirmată prin RMN pe solide, urmând a fi efectuate şi determinări spectrometrice a concentrațiilor izotopice; (iv) trei produşi nemarcați izotopic și corespondenții lor marcaţi selectiv cu 15N şi 13C, care au la bază inelul catecolic; (v) doi derivați noi nemarcați 3-(3,4-bis(benziloxi)fenil)-2-cianoacrilamida şi 3-amino-2-(3,4-dihidroxibenzil)-propanamida precum și corespondenții lor marcați izotopic selectiv cu 13C şi 15N; (vi) un polimer nemarcat izotopic obținut în urma polimerizării 3-amino-2-(3,4-dihidroxibenzil)-propanamidei nemarcate izotopic; (vii) un polimer marcat izotopic obținut în urma polimerizării 3-amino-2-(3,4-dihidroxibenzil)-propanamidei marcate izotopic selectiv cu 13C şi 15N.

Strategia de marcare izotopică (I) şi Parametrii de creştere ai Arthrospirei platensis (II)
(I)
a) marcare simplă cu 13C; b) marcare simplă cu 15N; c) marcare dublă cu 13C și 15N;
(II)
a) densitatea optică pe durata marcării cu 15N b) concentraţia clorofilei pe durata marcării cu 15N, c) densitatea optică pe durata marcării cu 13C şi a marcării duble cu 15N și 13C; d) concentraţia clorofilei pe durata marcării cu 13C şi 15N

Faza 4a: Implementarea și optimizarea metodologiilor de obținere a sistemelor N-N dublu marcate cu 15N

Valoare fază: 1.585.698 lei
Termen de încheiere: 10.12.2021

Rezultate de cercetare:

  • A fost implementată şi optimizată o metodă de obţinere a protoxidului de azot dublu marcat cu 15N (15N2O). Metoda aleasă s-a bazat pe descompunerea azotatului de amoniu dublu marcat cu 15N (15NH415NO3), scopul fiind de a obţine un produs marcat (15N2O) cu puritate chimică şi izotopică > 98%. Prezenţa unui acid anorganic puternic (H2SO4 sau HNO3) în mediul de reacţie precum şi a unei cantităţi catalitice de NaCl au permis menţinerea reacţiei de descompunere sub control, evitându-se astfel explozia nitratului de amoniu. Randamentul de obţinere al 15N2O a fost bun iar structura acestuia a fost validată atât în urma analizei cromatografice cât şi în urma analizei 15N-RMN (înregistrată în D2O).
  • Pe baza metodei mai sus menţionate a fost raportat produsul protoxid de azot dublu marcat cu 15N
  • A fost elaborată o metodă pentru obţinerea 2,2-dimetil-glicinatului de metil marcat cu 15N (3) care a fost sintetizat de asemenea printr-o procedură multi-step; aceasta a presupus iniţial obţinerea unui aminonitril (s-a folosit 15NH4Cl pentru introducerea izotopului 15N în moleculă) care este hidrolizat în etapa următoare la aminoacid (sub formă de clorhidrat) iar ultimul pas l-a reprezentat etapa de esterificare a acestui aminoacid în prezenţa alcoolului metilic. Acest ester organic este un intermediar important în schema propusă de obţinere a compuşilor Amadori, iar metoda a fost validată și implementată în INCDTIM, în laboratoarele proprii de sinteze de compuși marcați.
  • Pe baza metodei mai sus menţionate a fost raportat produsul 2,2-dimetil-glicinatul de metil marcat cu 15N (3).
  • Rezultate foarte interesante au fost obţinute şi în urma reacţiilor de obţinere a produşilor Amadori. Strategiile propuse în vederea obţinerii acestor intermediari au fost testate iniţial pe două glucide/zaharuri nemarcate izotopic, e.g. D-Glucoza şi D-Galactoza. Ambele molecule au reacţionat cu acelaşi aminoacid (în cazul nostru Glicina) în condiţii bine definite (catalizator, solvent, temperatură) şi au generat produşii Amadori corespunzători 5 (N-(1-Deoxi-1-D-Fructosil)-glicina) şi 6 (N-(1-Deoxi-1-D-Fructosil)-glicina) cu randamente bune. Structurile acestor compuşi au fost confirmate cu ajutorul spectroscopiei RMN şi al spectrometriei de masă. A fost testată de asemenea (cu anumite modificări) şi strategia care presupune reacţia dintre D-Galactoză şi esterul metilic nemarcat al 2,2-dimetil glicinei iar la finalul reacţiei, analizele efectuate (RMN şi SM) au evidenţiat structura produsului Amadori ţintă 4 (N-(1-Deoxi-1-D-Fructosil)-2,2-dimetil-glicinat de metil) ceea ce ne-a permis să validăm şi această rută de sinteză a intermediarilor de interes.
  • Rezultatele promiţătoare efectuate pe compuşii nemarcaţi au permis dezvoltarea unei noi metode de sinteză a unui produs Amadori marcat izotopic. Astfel, a fost obţinut derivatul 7 (N-(1-Deoxi-1-D-Fructosil)-glicina-2H-15N) având ca materii prime D-Glucoza-D12 (complet deuterată) şi Glicina-D215N urmând acelaşi protocol de reacţie ca cel descris anterior pentru sinteza derivaţilor 5 şi 6. Randamentul de obţinere al acestui compus a fost bun iar structura acestuia a fost validată de spectroscopia RMN şi de spectrometria de masă. Şi această metodă a fost validată și implementată în INCDTIM, în laboratoarele proprii de sinteze de compuși marcați.
  • Pe baza metodei mai sus menţionate a fost raportat produsul N-(1-Deoxi-1-D-Fructosil)-glicina-2H-15N (7).

Diseminarea rezultatelor

Rezultatele cercetării au fost valorificate la manifestare ştiinţifică „Processes in Isotopes Molecules”, Cluj-Napoca, România, (2021) cu 3 lucrări după cum urmează:

  1. Ancuţa Balla, Cristina Marcu, József-Zsolt Szűcs-Balazs, „Compensation effect in catalytic oxidation of carbon monoxide”;
  2. Stelian Radu, Claudia Lar, Cristina Marcu, Ancuţa Balla, Codruţa Mihaela Varodi, Ştefan Bugeac, Jozsef-Zsolt Szücs-Balázs, „Synthesis and Structural Analysis of Some Isotopically Labeled Amadori Products”;
  3. Claudia Lar, Anca Cristina Petran, Stelian Radu, Ștefan Bugeac, József-Zsolt Szűcs-Balazs, „Synthetic Strategies for Labeled Catecholamine-Based Compounds”.