21.05.2012

Редкоземельные элементы катализируют реакции включения в пиридиновом кольце

Химические каркасы природных продуктов — молекул, произведённых живыми организмами, — подвигли учёных на создание многих важнейших фармацевтических препаратов. К сожалению, из-за высокой сложности структур таких соединений их синтез в промышленных объёмах требует значительных временных и денежных затрат. В попытке исправить сложившуюся ситуацию исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) разработали новую каталитическую систему на основе редкоземельных элементов, которая обещает облегчить постановку органического синтеза природных соединений, проводя прямую модификацию пиридинового кольца.

Пиридин — бензолоподобная молекула, содержащая азот и пять углеродных атомов, — часто встречающийся фрагмент химической структуры многих природных соединений. В идеальном случае при синтезе лекарств химики хотели бы иметь возможность включать олефиновые группы (С=С) прямо между углеродным и водородными атомами С—Н-групп пиридинового кольца. Над тем, чтобы сделать этот идеальный путь реальным, и решили поработать учёные RIKEN, вновь обратившиеся к разработанному ими же катализатору на основе редкоземельных элементов, который был предложен для полимеризации олефинов.

По мнению исследователей, именно этот катализатор мог бы обеспечить беспрецедентный уровень контроля над проводимой химической трансформацией. Заметим, что структура таких катализаторов необычна своей геометрией, в которой центральный атом метала — например, скандия (Sc) — располагается над плоским пентагональным циклом. Такие катализаторы способны включаться внутрь С—Н-связи в пиридине, активируя дальнейшую реакцию с олефином. Так, при смешивании этилена и производных пиридина в присутствии описанного выше Sc-катализатора прямая реакция включения олефина протекала с почти количественными выходами желаемых продуктов. Важно также то, что, как обнаружили исследователи, их катализатор демонстрирует высочайшую региоселективность: реакция включения-присоединения идёт только по ортоположению пиридинового кольца. А региоселективность, как известно, является одним из самых важных факторов в органическом синтезе.

Дальнейшее изучение механизма рассматриваемой реакции показало, что региоселективность проистекает из устанавливающегося взаимодействия между атомом редкоземельного элемента и азотом пиридинового кольца, которое и стабилизирует образующийся интермедиат. Всё это может осуществляться при включении редкоземельного элемента в С—Н-связь только ортоположения. Было также обнаружено, что вполне можно проводить подстройку активности катализатора, меняя центральный металл в структуре металл-органического комплекса. Например, замена скандия на значительно больший по размеру иттрий (Y) позволила впервые провести реакцию включения-присоединения объёмных производных стирола к ортоположению пиридиновой молекулы.

Детали исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society.

Роман Иванов

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА