Ученые из НИУ ВШЭ разработали метод проведения реакции восстановительного присоединения, исключив необходимость использования внешнего восстановителя. В качестве восстановителя выступает сам альдегид, являющийся одним из реагентов в этой реакции. Такой подход позволяет минимизировать нежелательные побочные эффекты, уменьшить токсичность и облегчить процесс производства и синтеза органических соединений, включая компоненты для фармацевтической промышленности. Исследование опубликовано в журнале Journal of Catalysis.
Альдегиды – это органические соединения, которые часто встречаются в повседневной жизни: коричный альдегид и ванилин используются в выпечке, а цитронеллаль и цикламеновый альдегид – в парфюмерии. В то же время, значительные объемы, исчисляемые миллионами тонн в год, производятся и других альдегидов, таких как н-бутаналь, который служит исходным сырьем для изготовления поливинилхлорида (ПВХ), смол и ламинированного стекла. Альдегидная группа присутствует и в биологически активных молекулах, например, витамин B6 – пиридоксаль – является одним из примеров.
При проведении химического синтеза альдегиды чаще всего выступают в роли электрофилов, то есть молекул, склонных к принятию электронов и участвующих в реакциях присоединения. Однако, менее распространенным является использование их восстановительных свойств, когда альдегидная группа подвергается окислению, например, до карбоксильной, и молекула выступает в качестве восстановителя, отдавая электроны.
Сотрудники НИУ ВШЭ и Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН разработали метод, сочетающий две функции, на примере восстановительного алкилирования кетонов – значимой реакции, применяемой в различных отраслях, включая фармацевтику. Традиционно для проведения данной реакции, наряду с необходимыми компонентами, требуется внешний восстановитель, таким как водород, борогидриды или монооксид углерода (угарный газ). Это усложняет технологический процесс, поскольку восстановители могут обладать токсичностью или взрывоопасностью, провоцировать нежелательные побочные эффекты и требовать использования специализированного оборудования. Новый, предложенный метод предполагает, что в качестве восстановителя выступает сам альдегид. Реакция осуществляется в присутствии рутениевого катализатора и основания, без использования растворителя и дополнительного источника водорода.
«Для проведения реакции были определены оптимальные условия, и предложена более понятная схема: исключение вспомогательного реагента и использование альдегида в качестве внутреннего источника восстановления. Это позволяет представить реакцию не как A + B + С → продукт, а как A + B → продукт, где одна из исходных молекул выполняет две роли одновременно», — пояснил Федор Клюев, один из разработчиков исследования и преподаватель базовой кафедры элементоорганической химии ИНЭОС РАН, работающей при факультете химии НИУ ВШЭ.
Представленный метод, согласно исследователям, обладает широкой применимостью: он эффективен при работе с ароматическими и алифатическими кетонами и альдегидами, при этом позволяет сохранить чувствительные участки молекул, такие как двойные связи и определенные функциональные группы. Он также применим к алифатическим альдегидам, несмотря на то, что в щелочных условиях подобные соединения часто взаимодействуют, приводя к образованию нежелательных побочных продуктов.
Авторы также исследовали эффективность данного метода при использовании других нуклеофильных реагентов, таких как амины, амиды, сульфонамиды и нитрилы, и продемонстрировали его применимость не только для формирования углерод-углеродных, но и углерод-азотных связей. В статье представлено около двух десятков примеров, среди которых описан синтез противовоспалительного препарата набуметона и производного гомонона прегненолона ацетата.
«В ходе проведенных нами исследований было выполнено множество реакций с использованием кетонов, и подтверждено, что предложенный метод эффективен и при работе с аминами. В перспективе мы планируем изучить восстановительное аминирование и усовершенствовать наш метод для реакций этого типа. Отказ от внешнего восстановителя в широком диапазоне реакций будет представлять особую ценность для фармацевтического синтеза, поскольку именно с помощью этого метода формируется приблизительно четверть связей углерод–азот», — пояснил Денис Чусов, профессор и руководитель базовой кафедры элементоорганической химии ИНЭОС РАН, работающей при факультете химии НИУ ВШЭ.
Исследование выполнено при поддержке гранта РНФ и Минобрнауки РФ.
Информация и иллюстрация предоставлены пресс-службой НИУ ВШЭ