Органика
Программируемое построение алкеновых скелетов через переключаемое сортирование радикалов и органометаллических частиц
Программируемый синтез сложных алкеновых скелетов — региоизомеров, стереоизомеров и сопряжённых гомологов — за одну операцию давно остаётся целью синтетической химии, поскольку эти структурные особенности сильно влияют на функции молекул. Группа из Уханьского университета сообщает о никель-катализируемой последовательной связке алкинов, органогалогенидов и диборонового реагента, позволяющей по выбору получать необычные 1,2-транс- и 2,1-цис-алкены, а также два различных сопряжённых диеновых продукта.
Традиционные методы построения замещённых алкенов обычно опираются на заранее спроектированные субстраты или жёстко заданные реакционные пути, что часто ограничивает достижимое структурное разнообразие. Полизамещённые олефины и сопряжённые диены при этом востребованы в материаловедении, фармацевтической химии и агрохимии — в частности, сопряжённые 1,3-диены встречаются в природных соединениях и используются, например, в дизайне неоникотиноидов.
Авторы работы, группа под руководством Г. Инь (G. Yin) из Уханьского университета, предложили никель-катализируемую последовательную трёхкомпонентную связку алкинов, органогалогенидов и диборонового реагента. Метод одновременно обеспечивает региоселективную и необычную стереоселективную модуляцию дифункционализации алкина, давая нехарактерные 1,2-транс- и 2,1-цис-алкены. Кроме того, за счёт контролируемого включения двух молекул алкина в одну операцию достигается построение сопряжённых гомологов — редкий дивергентный синтез двух различных сопряжённых диеновых продуктов из общего набора реагентов.
Работа продолжает активно развивающееся направление «сортировки радикалов» (radical sorting) в катализе, ранее продемонстрированное в работах MacMillan и коллег по диалкилированию алкенов и кросс-сочетанию спиртов, а также линию никель-катализируемой дифункционализации алкинов, развиваемую самой группой.
Механистические исследования, по данным авторов, показывают, что электронные свойства лигандов регулируют, какие частицы образуются в ходе реакции — органометаллические интермедиаты или радикалы. При этом собственная способность различных радикалов связываться с металлом дополнительно модулирует их реакционную способность; оба фактора совместно определяют селективность образования продуктов. Таким образом, переключение между типами продуктов управляется подбором лиганда, а не заменой субстратов.
Механистическая картина подтверждена квантово-химическими расчётами плотности функционала (DFT) на уровне ωB97X-D/6-311+G(d,p)–SDD/SMD(1,4-диоксан)//ωB97X-D/6-31G(d)–SDD, которые выполнили С. Дэн (S. Deng) и С. Цю (X. Qiu), а также рентгеноструктурным анализом. Структуры семи соединений определены кристаллографически; данные депонированы в Кембриджском кристаллографическом центре данных (CCDC) под номерами 2320513 (4m), 2320510 (5m), 2380405 (6t), 2380407 (7p), 2442510 (10), 2495626 (12) и 2447601 (13).
Полученные продукты поддаются дальнейшим превращениям. В дополнительных материалах работы продемонстрировано синтетическое применение метода — в частности, в построении обратных агонистов гистаминового H3-рецептора на основе производных 4,5-дигидропиридазин-3-она.
В доступном аннотационном тексте явные ограничения области применимости метода не приведены; полный объём субстратной области, препаративные выходы и детали механистических экспериментов содержатся в основном тексте статьи и Supplementary Information. Метод требует подбора лиганда под каждый тип селективности, поскольку переключение путей определяется электроникой лиганда.
Проект задуман и направлен Г. Инь; каталитический метод разработан С. Хуан (C. Huang), который вместе с С. Ву (S. Wu) провёл все синтетические эксперименты; DFT-расчёты выполнены С. Дэн и С. Цю. Работа поддержана Национальным фондом естественных наук Китая и рядом региональных грантов; расчёты проведены на суперкомпьютерном центре Уханьского университета. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.