Реакция каталитического олефинирования

Здесь возникает естественное желание приближаться к живой природе, поскольку каждый из нас постоянно синтезирует новые химические молекулы и разлагает их в своем организме. Как правило, все эти процессы протекают высокоселективно, ведь мы синтезируем хиральные молекулы, то есть молекулы, которые не совпадают со своим зеркальным отображением. Многие считают, что две руки одинаковы, но перчатки для двух рук различаются — мы имеем правую перчатку и левую перчатку, эти руки хиральны, так же и молекулы. Современный катализ позволяет получать многие молекулы именно в асимметрическом виде, то есть в виде одного из энантиомеров.

Некоторое время назад, в 1999 году, нам посчастливилось обнаружить принципиально новый тип химического превращения, новую реакцию — это реакция между гидразонами карбонильных соединений и полигалогеналканами, она катализируется солями меди и приводит к образованию соответствующих алкенов, то есть в процессе реакции производная карбонильного соединения, гидразон, трансформируется в алкен или олефин. Такие реакции в органической химии называются реакциями олефинирования, и наиболее известной классической реакцией такого типа является реакция Виттига, за которую он получил Нобелевскую премию.

Я уже сказал о важности каталитических превращений, и вот мы смогли провести олефинирование именно в каталитическом варианте. Эта реакция приводит к образованию новой двойной углеродной связи, а поскольку алкены могут быть легко трансформированы как в алканы за счет восстановления, так и в ацетилены, например, с использованием реакций окисления или элиминирования, то совершенно очевидно, что реакция олефинирования и ее различные вариации занимают ключевое положение в современной органической химии и в современном органическом синтезе. Это конструктивная реакция, которая позволяет создавать новую углерод-углеродную связь.

Если говорить чуть подробно о каталитическом олефинировании, то эта реакция протекает в присутствии основания, поскольку в результате взаимодействия гидразона с полигалогеналканом отщепляются две молекулы галогена водорода, связываемые этим основанием, и здесь можно использовать очень простые и дешевые соединения, такие как аммиак или этилендиамин, и катализатор в этой реакции также очень прост и дешев — это соли меди. Можно использовать соли одно- и двухвалентной меди. Как правило, целевые продукты удается получать с высокими выходами, и единственным побочным продуктом, который образуется в условиях каталитического олефинирования, является соответствующий симметричный азин.

Симметричный азин — это тоже очень интересный и полезный класс химических соединений. Они могут быть превращены в различные гетероциклы, использованы в синтезе новых материалов.

И наконец, мы легко можем трансформировать азин в исходный гидразон под действием избытка гидразина.

На основе реакции каталитического олефинирования нам удалось разработать большое количество подходов к многообразным соединениям, содержащим двойную, тройную и даже одинарную углерод-углеродную связь. Следует отметить, что эта реакция универсальна и что не только ароматические, но и алифатические карбонильные соединения могут быть трансформированы в соответствующие алкены. В реакцию вступают как производные альдегидов, так и производные кетонов. Особенно важно, что каталитическое олефинирование можно использовать для получения функционально замещенных алкенов, а эти продукты, в свою очередь, представляют собой большой интерес для получения разнообразных гетероциклических соединений.

Последнее время особое развитие получила химия фторсодержащих соединений. И нам удалось разработать новый подход к целому семейству фторсодержащих алкенов, которые содержат при двойной связи либо атом фтора, либо трифторметильную группу, либо другие фторированные заместители, и на базе этих соединений разработать очень простые и эффективные пути для получения интересных карбо- и гетероциклических соединений, содержащих фторированные фрагменты.

Последнее время в медицинской химии, в химии новых материалов фторсодержащие соединения все более и более востребованны. И на основе продуктов реакции каталитического олефинирования нам удалось получить не только новые фундаментальные знания о трансформациях такого рода алкенов, но и полезные соединения, вещества, проявляющие жидкокристаллические свойства. Нами разработаны новые пути синтеза уже известных лекарств, а также аналогов природных соединений, которые содержат в своем составе атом фтора или трифторметильную группу.

Конечно, особый интерес представляет механизм этой реакции, и вот уже более 10 лет мы активно изучаем, как же протекает эта реакция. Вначале мы полагали, что каталитическое олефинирование реализуется через образование карбеновых комплексов меди, однако сейчас мы пришли к выводу о том, что это реакция, реализующаяся по радикальному пути. Подтвердить это удалось с использованием других производных — гидразонов и гидразинов, — например, мы использовали N-замещенные гидразоны, для которых образование карбеновых комплексов невозможно, но еще более интересным оказался тот факт, что в целом это превращение, то есть реакция полигалогеналканов и производных гидразина, — это не одна реакция, а целое семейство превращений, и не только гидразоны, но и другие производные гидразинов могут быть вовлечены в это превращение. Мы уже показали это с использованием различных арилгидразинов, гидразинов кислот и продолжаем активно изучать это направление. Я полагаю, что впереди нас ждет еще много очень интересных и полезных открытий.