Канадские ученые преобразовали широко известную реакцию кросс-сочетания Сузуки, которая используется для синтеза пластиков и лекарств. Вместо органических галогенидов химики использовали простые и экологичные спирты. Новая реакция протекает в мягких условиях, требует меньших затрат и безопаснее для окружающей среды. Статья опубликована в журнале Nature Synthesis.
Расцвет металлоорганического катализа пришелся на вторую половину XX века. До сих пор катализаторы, обладающие связью углерод — металл, остаются ключевыми инструментами современного синтеза. Самый популярный способ применения таких соединений — это реакции кросс-сочетания, когда две разные органические молекулы «сшивают» между собой, образуя новую связь С-С. Катализатор не только делает реакцию возможной, активируя атомы углерода, но и сводит к минимуму образование побочных продуктов. Один из классических примеров подобных реакций — это так называемая реакция Сузуки, получившая свое имя в честь Акиры Сузуки. В ней органические галогениды с замещенными боранами сочетаются под воздействием комплексов палладия.
Начало реакции дает окислительное присоединение, которое по совместительству является ключевым процессом в каталитическом цикле: атом металла на катализаторе активирует галогенид, а затем они образуют металлоорганическое соединение. Именно этот комплекс обеспечивает дальнейшее протекание превращения. Такой механизм активации хорошо изучен для органических галогенидов, что обусловливает их широкое использование. Однако применение этих соединений затрудняет относительная труднодоступность и неэкологичность.
Канадские ученые из Оттавского университета предложили реакцию, где вместо органических галогенидов они использовали спирты, которыми изобилует любая лаборатория. Химики сочетали третичные спирты с эфирами борной кислоты (B(OH)3), где одна гидроксильная группа (-OH) заменена на арил — производное от ароматического кольца (например, фенил C6H5 от фенола C6H6). Этому содействовали катализаторы на основе никеля и висмута Ni(0) и Bi(III). В продукте спиртовая группа замещается на арил, и образуется новая углерод-углеродная связь. Таким образом, в этом методе в качестве побочного продукта образуется вода, а не соли галогенидов металлов. «Мы устраняем необходимость в этих дорогих и трудоемких синтетических этапах, тем самым упрощая процесс преобразования веществ, содержащихся в естественных условиях», — рассказал ведущий автор исследования Адам Кук из Оттавского университета.
Чтобы лучше понять ранее неизведанную химию активации связи С-О, ученые детально исследовали реакции. Они вводили в реакционную смесь силильную группу SiX3, чтобы создать прочный каркас четвертичного, наиболее замещенного углерода. Это заменяет необходимость использования активированного галогенида для протекания реакции. Оказалось, что комбинация катализатора, замещенной борной кислоты и силильной группы способствует расщеплению связи С-О с образованием электрофильного промежуточного соединения. Исследователи также выдвинули гипотезу о механизме реакций кросс-сочетания по механизму SN1, с ионизацией субстрата, а не SN2.
Этот удивительно простой и экономный метод в дальнейшей перспективе окажет значительное влияние на создание новых молекул. Металлоорганические катализаторы и реакции кросс-сочетания позволяют конструировать большие молекулы из маленьких. Благодаря этому синтезируются материалы самого разного назначения, например пластики, фармацевтические препараты и материалы для электронной промышленности. Наиболее перспективным направлением сейчас является развитие медицинской химии с помощью методов кросс-сочетания. Новое исследование поможет значительно упростить синтез и ускорить прогресс в этих областях.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
