КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 14-13-01177

НазваниеРазвитие методологий прямой функционализации связи С(sp2)-H в ряду азотсодержащих гетероциклических соединений для создания высокоэффективных катализаторов асимметрического синтеза и ионофорных рецепторов

РуководительЧупахин Олег Николаевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Свердловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2017 г. - 2018 г. 

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений

Ключевые словаМеталлоцены, азагетероциклы, реакции нуклеофильного замещения водорода, п-комплексы переходных металлов, каталитические реагенты, каликсарены

Код ГРНТИ31.21.27

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В ходе выполнения проекта 2014-2016 в области С(sp2)-H функционализации шестичленных гетероаренов были разработаны простые и удобные синтетические приемы, используемые в получении катализаторов асимметрического синтеза, физиологически активных соединений, лигандных систем для полиядерных металлокомплексов, сенсоров. Стоит обратить внимание на то, что в проекте были предложены не применяющиеся ранее для С-Н функционализации фотокаталитические и электрохимические методы. Проект 2017 направлен на развитие предложенных методов и является логическим продолжением предыдущего. Исследования будут направлены на разработку прямых методов конструирования С-Х (где Х = N, O, S, P, Si) в (гетеро)ароматических субстратах, включая шести- и пятичленные гетероциклы, а также усовершенствование методов построения связей С-С. Наряду с этим в SNH реакции будут введены нетипичные до настоящих исследований нуклеофильные фрагменты: вещества растительного происхождения, полиароматические углеводороды, π-комплексы металлов. С использованием этих атомэкономных методов предполагается получить новые катализаторы полимеризации, асимметрического синтеза, флуорофоров, хемосенсоров. Планируется создать синтетические методы нуклеофильной функционализации азолов и азинов посредством использования электрохимических подходов, гетерофазных фотокатализаторов, сверхкритических флюидов.

Ожидаемые результаты
В результате проведенных исследований будут предложены новые малостадийные и атомэкономичные селективные методы функционализации С(sp2)-H связи (гетеро)ароматических субстратов с использованием в качестве исходных соединений С, N, S, O, P - нуклеофилов. Предлагаемые в проекте синтетические подходы позволят упростить или усовершенствовать, а в некоторых случаях полностью изменить традиционные схемы синтеза целевых продуктов за счет отказа от использования металлокомплексных катализаторов (и сопутствующих сложных лигандов), сокращения числа стадий, уменьшения количества или полного отсутствия нежелательных отходов и побочных продуктов. Иными словами, предложенные в проекте ресурсосберегающие методы будут в значительной мере соответствовать требованиям «Green chemistry» и «Sustainable Development». Принципиально новые разработки по применению в процессах C-H функционализации электрохимических методов и фотокатализа для получения разнообразных физиологически активных гетероциклических соединений, а также хемосенсоров могут быть использованы в создании безотходных (или малоотходных) технологий. Предложенные методологии будут применены также для получения новых гетероциклических соединений, являющихся структурными элементами каталитических систем, флуоресцентных сенсоров, новых углеродных материалов и физиологически активных веществ, в том числе содержащих фрагменты природного происхождения.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В ходе выполнения этапа проекта были разработаны простые и удобные синтетические приемы для окислительных SNH кросс-сочетаний в (гетеро)ароматических субстратах, включая шести- и пятичленные гетероциклы. Применение этих малостадийных и атомэкономных методов (PASE- Pot-Atom-Step-Economic) позволяет получать катализаторы асимметрического синтеза, физиологически активные соединения, лигандные системы для полиядерных металлокомплексов, флуорофоры. Было установлено, что планарно хиральные ферроценовые лиганды в реакциях асимметрического синтеза показали активность, сравнимую с коммерчески доступными гетарилсодержащими лигандами, а в некоторых случаях превосходящую ее. С использованием гетерофазных фотокатализаторов окисления был получен ряд эффективно излучающих флуорофоров (дифторборатов дипирролилметенов BODIPY) различного строения. Электрохимические методы, предложенные для С-Н функционализаций, были применены для синтеза би(гетеро)арилов, которые могут быть использованы для создания полифункциональных препаратов терапии нейродегенеративных заболеваний. В С-Н функционализации SNH реакции были включены нетипичные нуклеофильные фрагменты - вещества растительного происхождения и п-комплексы металлов.

 

Публикации

1. А.А. Мусихина, И.А. Утепова, О.Н. Чупахин, В.Н. Чарушин A novel method of hetarylcymantrenes synthesis. Some features of SNH cross-coupling of azines N-oxides and cymantrene Mendeleev communications, - (год публикации - 2018)

2. И.А. Утепова, П.О. Серебренникова,М.С. Стрельцова, А.А. Мусихина, Т.Г. Федорченко, О.Н. Чупахин, А.П. Антончик Enantiomerically enriched (heteroaryl)ferrocenes in asymmetric synthesis Journal of organic chemistry, - (год публикации - 2017)

3. М. Вараксин, Т. Мосеев, О. Чупахин, В. Чарушин, Б. Трофимов Metal-free C–H functionalization of 2H-imidazole 1-oxides with pyrrolyl fragments in the design of novel azaheterocyclic ensembles ROYAL SOC CHEMISTRY, 15, 8280–8284 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1039/c7ob01999h

4. О.Н. Чупахин, А.В. Щепочкин, В.Н. Чарушин Atom- and step-economical nucleophilic arylation of azaaromatics via electrochemical oxidative cross C–C coupling reactions Green Chemistry, ROYAL SOC CHEMISTRY,, 19, 2931–2935 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1039/c7gc00789b

5. И.А. Утепова ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ SNH РЕАКЦИИ В КОНСТРУИРОВАНИИ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ «АЗИН-МЕТАЛЛОЦЕН» Автореферат диссертации, - (год публикации - 2017)

6. Чупахин О.Н., Чарушин В.Н., Щепочкин А.В. Способ получения соли 9-амино-10-метилакридиния патент, 2625449 (год публикации - 2017)

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В ходе выполнения этапа проекта были разработаны эффективные синтетические подходы для окислительных кросс-сочетаний (SNH реакций) в (гетеро)ароматических субстратах, включая шести- и пятичленные гетероциклы, а также углеродные материалы. Применение этих простых и удобных методов позволяет получать катализаторы асимметрического синтеза, физиологически активные соединения, флуорофоры. С использованием радикальных ловушек и парамагнитных зондов были получены новые данные по механизму окислительных сочетаний азинов с гетероароматическими нуклеофилами с использованием гетерофазных фотокаталитических систем. Были проведены термодинамические исследования механизмов окисления бH-аддуктов с позиций стандартных потенциалов и значений энергий диссоциации связи. Предложенный расчетный метод позволяет прогнозировать направление ароматизации ключевых интермедиатов SNH реакций. В SNH реакции были включены в качестве нуклеофильных реагентов были включены производные графена, полифторарены, природные соединения. Синтезированные производные представляют интерес для разработки лекарств и средств защиты растений, могут использоваться для создания новых перспективных материалов.

 

Публикации

1. A.И. Немытов, И.А. Утепова, О.Н. Чупахин, П.А. Слепухин, В.Н. Чарушин Lithium benzenechromiumtricarbonyl as C-nucleophile in the cross-dehydrogenative coupling reactions of azaaromatics Inorganica Chimica Acta, - (год публикации - 2019)

2. А.А. Мусихина, И.А. Утепова, О.Н. Чупахин, В.Н. Чарушин, П.А. Слепухин Transition metal-free regioselective cross-coupling of azine N-oxides with cymantrenyl lithium Journal of Organometallic Chemistry, Journal of Organometallic Chemistry, 2018, 870, 32-37 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1016/j.jorganchem.2018.06.008

3. И.А. Утепова, М.А. Тресцова, Д.А. Кучерявая, А.Н. Цмокалюк, О.Н. Чупахин, В.Н. Чарушин, А.А. Ремпель Mechanistic study of the direct oxidative photocatalytic aerobic C–H/C–H coupling of azines with heteroarenes Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2019, 368, 85-89 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.09.029

4. И.А. Утепова, П.О. Серебренникова, М.С. Стрельцова, А.А. Мусихина, Т.Г. Федорченко, О.Н. Чупахин, А.П. Антончик Enantiomerically enriched 1,2-P,N-bidentate ferrocenyl ligands for 1,3-dipolar cycloaddition and transfer hydrogenation reactions Molecules, Molecules 2018, 23, 1311 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.3390/molecules23061311

5. И.А. Халымбаджа, Р.Ф. Фатыхов, О.Н. Чупахин, В.Н. Чарушин, Т.А. Цейтлер, А.Д. Сафаров, А.К. Инютина, В.Г. Карцев Transition-Metal-Free C-C Coupling of 5,7-Dihydroxybenzopyrones with Quinoxalones and Pteridinones Synthesis, Synthesis, 2018, 50, 2423-2431 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1055/s-0037-1609482

6. М.В. Вараксин, Т.Д. Мосеев, В.Н. Чарушин, О.Н. Чупахин Direct C-Li/C-H coupling of pentafluorophenyl lithium with azines - An atom- and step-economical strategy for the synthesis of polyfluoroaryl azaaromatics Journal of Organometallic Chemistry, Journal of Organometallic Chemistry, 2018, 867, 278-283 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1016/j.jorganchem.2018.01.020

7. А.В. Щепочкин Прямая С-Н Функционализация азинов. Электрохимическая версия Автореферат диссертации, - (год публикации - 2018)

Возможность практического использования результатов
В ходе выполнения проекта были получены новые каталитические реагенты, в том числе для реакций асимметрического синтеза, гетарилсодержащие углеродные материалы, лигандные системы для получения комплексов, перспективные для фармхимии би(гетеро)арилы. Методы создания новых производных азинов/азолов в проекте напрямую были связаны с развитием методов окислительной С-Н функционализации (SNH реакций). Эти простые селективные методы наведения С-С, С-Х связей (где Х = N, O, S, P) в аренах и гетероаренах ориентированы на оптимизацию синтетических подходов получения практически полезных соединений путем сокращения числа исходных реагентов, промежуточных стадий, уменьшения потерь и количества побочных продуктов, что делает их перспективными для применения в технологических процессах. Кроме этого, при выполнении проекта были разработаны синтетические подходы для окислительной функционализации азинов, позволяющие осуществлять SNH реакции с применением нестандартных электросинтетических и фотокаталитических подходов, что в большей мере соответствует принципам зеленой химии.