Органические молекулы с пи-связью образуют очень устойчивые геометрии, которые не любят нарушаться. В 1924 году немецкий химик Юлиус Бредт сформулировал соответствующий запрет, вошедший в учебники химии. Тем не менее это в некоторых случаях возможно. В новой работе американские исследователи представили несколько «антибредтовских» соединений из класса олефинов.
Органические молекулы характеризуются большим разнообразием связей между атомами и структур, что легло в основу их классификации. От строения молекул во многом зависят их свойства. Органические молекулы хотя бы с одной двойной ковалентной связью между атомами углерода называют олефинами. Они включают в себя циклы — то есть несколько связанных атомов, которые между собой могут соединяться мостиками (из трех и более общих атомов).
В начале XX века Юлиус Бредт экспериментировал с мостиковыми бициклическими соединениями и заметил их аномальное поведение. Спустя 30 лет работы он вывел свое правило, которое запрещало двойную связь в голове моста. Молекулы, которые отклоняются от этой геометрии, встречаются редко — например, в циклах большой величины.
Несмотря на вывод, сделанный Бредтом, химики продолжали искать «запрещенные» соединения. Одни из самых известных — олефины. Это органические молекулы с одной или несколькими двойными связями. Олефины со скрученной и пирамидальной геометрией пи-связей называют антибредтовскими (АБО).
Выяснилось, что АБО — очень нестабильные соединения, склонные быстро распадаться. Считалось, что их крайне сложно или невозможно получить.
Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) решили сломать этот стереотип. В статье, вышедшей в журнале Science, они представили несколько видов молекул из класса олефинов, нарушающих запрет Бредта, и показали, как можно их создавать.
«Люди не изучают антибредтовские олефины, потому что считают их невозможными. Однако такого рода правила, которые считаются непреодолеваемыми, убивают научный поиск», — прокомментировал ведущий автор статьи Нил Гарг, профессор факультета химии и биохимии имени Кеннета Трублада.
Чтобы получить АБО, Гарг с коллегами использовал силил псевдогалогены как предшественников. Нужно было добиться, чтобы нестабильные, «сильно напряженные», молекулы АБО были захвачены другим веществом. Затем их можно попытаться выделить. Синтез шел в присутствии фторидов.
Ученые применили этот подход к получению нескольких АБО. Пи-связь с искаженной геометрией рассчитали с помощью теории функционала плотности. Все «запрещенные» алкены (органические соединения без бензольного кольца, цепочечные с одной двойной связью) проявили скрученность и пирамидальность.
Работа показала, как можно синтезировать и улавливать сильно напряженные АБО. Это даст, по мнению Гарга, толчок к новым поискам в фармацевтической промышленности, где наблюдается интерес к подобным структурам.