Хіміки отримали четвертичні атоми вуглецю за допомогою крос-поєднання

Група американських хіміків запропонувала реакцію крос-поєднання на основі відомого природного механізму і провела її в лабораторії. Вивчивши відомі дані про перетворення радикалів у живих організмах, хіміки змогли правильно підібрати умови для проведення схожого перетворення на лабораторії. Крім того, відкрита реакція виявилася зручним методом отримання з'єднань з четвертичним атомом вуглецю. Дослідження опубліковано в.


Реакції крос-поєднання хіміки використовують для утворення нових вуглець-вуглецевих зв'язків. Звичайне такі перетворення включають в себе три стадії: окислювальне приєднання органічного галогеніда і каталізатора, переметалювання металоогранічною сполукою і відновлювальне елімінування, в результаті якого два фрагменти об'єднуються з утворенням зв'язку вуглець-вуглець. Цікаво, що схожі за типом реакції протікають і в живих організмах, але їх механізм зовсім інший. У них беруть участь металопорфірини - комплексні сполуки, здатні зв'язуватися з органічними радикалами.


Реакції поєднання фрагментів з вуглецями в sp3-гібридизації (всі зв'язки у таких атомів одинарні) досить рідкісні і часто вимагають високо реакційних реагентів. Однак в природі схожі реакції легко протікають саме як sp3-sp3 поєднання. Вони йдуть дуже швидко і можуть давати продукти з четвертичним вуглецевим центрам (вуглець пов'язаний з чотирма іншими вуглецями) - структурним фрагментом, важким для побудови.

Девід Макміллан (David MacMillan) з Прінстонського університету разом з колегами запропонував, як провести реакцію sp3-sp3 крос-поєднання на основі природного механізму. Вони припустили, що радикал, отриманий з первинного алкілброміду, може зв'язуватися з металопорфірином, а потім реагувати зі стійким третинним радикалом. Хіміки вирішили отримувати такі радикали з редокс-активних складних ефірів під дією фотокаталізатора.

Щоб перевірити, чи може така реакція протікати, вчені вибрали алкілбромід і складний ефір, змішали їх з порфіриновим комплексом заліза, фотокаталізатором на основі іридію і генератором радикалів аміносиланом. Після опромінення реакційної суміші синім світлом протягом півтори години хіміки виділили продукт крос-поєднання з виходом у 70 відсотків. Потім вони провели контрольні експерименти за відсутності діючих речовин або світла. Виявилося, що всі використовувані компоненти необхідні для успішного протікання реакції.

Щоб показати толерантність реакції до великої кількості реагентів, вчені протестували перетворення на наборі складних ефірів. Більшість субстратів давало продукти крос-поєднання з хорошими виходами, проте реакція йшла погано з третинними бензильними ефірами, імовірно, через малу нуклеофільність генерованих радикалів. Потім, при варіюванні алкілбромідів вдалося отримати різні фрагменти медичних препаратів, спіроциклічні системи, важкі для синтезу амінокислоти.

Щоб зрозуміти механізм реакції, хіміки провели експерименти зі спектроскопії ядерного магнітного резонансу (ЯМР). Вони синтезували передбачуваний металопорфіриновий інтермедіат реакції зі зв'язком металу і поєднуваного фрагмента, а потім порівнювали спектри реакційної маси зі спектром отриманого комплексу. Виявилося, що він дійсно є інтермедіатом реакції. Крім того, при каталізі синтезованим комплексом виходи реакцій збіглися з виходами при каталізі простим металопорфірином. Також вчені провели експеримент з попередньо отриманим з редокс-активного ефіру радикалом і синтезованим порфіновим комплексом. Виявилося, що для протікання такої реакції не потрібне світло. Це підтвердило гіпотезу вчених про роль світла як активатора фотокаталізатора, який не бере участі в утворенні вуглець-вуглецевого зв'язку. Так, хімікам вдалося підтвердити спочатку запропонований механізм.

Відкрите фотохімічне перетворення дає воможність синтезувати четвертичні центри з різноманітних sp3-вуглецевих фрагментів з високою ефективністю. Виходи для більшості протестованих субстратів опинилися в межах 40-80 відсотків. Виходи отриманих у результаті двох послідовних перетворень спіроциклічних структур становили 65, 61 і 47 відсотків для циклів різного розміру. Крім того, хімікам вдалося підтвердити спочатку запропонований механізм реакції, кардинально відрізняється від відомих механізмів крос-поєднання. Крім великого внеску у фотохімію, Девід Макміллан і його група відомі своєю роботою в галузі органокаталітичних перетворень. Раніше ми розповідали, як лауреатам Нобелівської премії з хімії 2021 року спало на думку використовувати хіральні органічні каталізатори.


COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND