Катализаторы асимметрического циклопропанирования на основе фталоцианинатов переходных металлов

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 проекта 23-73-01126

НазваниеКатализаторы асимметрического циклопропанирования на основе фталоцианинатов переходных металлов

Руководитель Кройтор Андрей Петрович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина Российской академии наук , г Москва

Конкурс №84 - Конкурс 2023 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-203 - Химия координационных соединений

Ключевые слова Фталоцианины, рутений, кобальт, перенос карбена, циклопропанирование, энантиоселективный катализ

Код ГРНТИ31.17.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Получение соединений в энантиометрно чистом виде – одно из необходимых условий в синтезе целого ряда медицинских препаратов. Среди множества энантиоселективных процессов, стоит выделить асимметрический перенос карбена – мощный инструмент в органических химии, позволяющий получать хиральный циклопропановый фрагмент, присутствующий в широком наборе фармацевтических препаратов, ттаких как, например, антидепрессанты - Транилципромин и Милнаципран, антикоагулянт - Тикагрелор и препарат для лечения нарушения ритма сна - Тасимелтеон. Получение энантиомерно-чистых препаратов может быть основано на разделении смесей энантио- и диастереомеров, образующихся при нестереоселективном циклопропанировании, что сопряжено с дополнительными трудоемкими стадиями работы. Альтернативным подходом является проведение стереоселективного присоединения карбена с использованием хиральных катализаторов. Среди прочих, комплексы хиральных порфириноидов переходных металлов привлекают особое внимание в подобных процессах за счёт достижения большого числа каталитических циклов и высокой диа- и энантиоселективности. В то же время родственные соединения - фталоцианины, зачастую обладают большей каталитической активностью, однако их применение в асимметрическом катализе на данный момент представлено единичными работами. Предлагаемый проект направлен на разработку нового класса катализаторов асимметрического переноса карбена – фталоцианинов с хиральными заместителями. Ранее нами было показано, что фталоцианиновые комплексы рутения проявляют высокую каталитическую активность в реакциях переноса карбена на С=С связь и при внедрении карбена в связь N-H. Для обеспечения асимметрической индукции предполагается разработать методы синтеза катализаторов на основе фталоцианинатов рутения, в которых хиральные заместители на основе производных энантиомерно-чистых спиртов образуют асимметрическое окружение вокруг каталитического центра, что должно привести к повышенной энантиоселективности. Каталитическая активность полученных комплексов будет исследована в реакции алкенов с диазосоединениями с последующим определением составов и конфигураций образующихся продуктов. Также предполагается исследование возможности перехода от комплексов рутения к комплексам более дешевых переходных металлов, в частности, кобальта. Квалификация участников проекта в части синтеза фталоцианинатов переходных металлов, в особенности, рутения, и изучения их каталитической активности в реакциях переноса карбенов позволяет рассчитывать на успешное выполнение проекта.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Андрей П. Кройтор, Анна А. Синельщикова, Михаил С. Григорьев, Гаянэ А. Киракосян, Александр Г. Мартынов, Юлия Г. Горбунова, Александр Б. Сорокин Picket-fence ruthenium(II) phthalocyaninates bearing (1R,2S,5R)-menthoxy groups as prototype of chiral catalysts Elsevier, Dyes and Pigments, Dye. Pigment. 2024, 222, 111830 (год публикации - 2024)
10.1016/j.dyepig.2023.111830

2. Дмитриенко А.А., Кройтор А.П., Мартынов А.Г., Горбунова Ю.Г., Сорокин А.Б., Цивадзе А.Ю. СИНТЕЗ КАТАЛИТИЧЕСКИ-АКТИВНЫХ ФТАЛОЦИАНИНАТОВ РУТЕНИЯ С ОРТОГОНАЛЬНЫМИ ХИРАЛЬНЫМИ ЗАМЕСТИТЕЛЯМИ НА ОСНОВЕ (–)-МЕНТОЛА -, Сборник тезисов Всероссийской научной школы-конференции "Марковниковские чтения: органическая химия от Марковникова до наших дней", Московская область, Красновидово, 19-22 января 2024 года, с. 85 (год публикации - 2024)

3. Кройтор А.П. , Tуйек С.., Дмитриенко А.А., Мартынов А.Г., Горбунова Ю.Г., Сорокин А.Б., Цивадзе А.Ю. ФТАЛОЦИАНИНАТЫ РУТЕНИЯ С ОРТОГОНАЛЬНЫМ ХИРАЛЬНЫМ ОКРУЖЕНИЕМ МЕТАЛЛОЦЕНТРА КАК КАТАЛИЗАТОРЫ В АСИММЕТРИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ ПЕРЕНОСА КАРБЕНА -, Сборник тезисов Всероссийской научной школы-конференции "Марковниковские чтения: органическая химия от Марковникова до наших дней", Московская область, Красновидово, 19-22 января 2024 года, с. 48 (год публикации - 2024)

4. А.А. Дмитриенко, А.П. Кройтор, А.Г. Мартынов, А.Б. Сорокин, Ю.Г. Горбунова, А.Ю. Цивадзе FIRST EXAMPLE OF USING BINAPHTHYL-SUBSTITUTED RUTHENIUM PHTHALOCYANINATES AS CATALYSTS FOR ENANTIOSELECTIVE CYCLOPROPANATION Сборник тезисов ХXII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, 7-12 октября 2024 г., Федеральная территория "Сириус", Россия, A. A. Dmitrienko, A. P. Kroitor, A. G. Martynov, A. B. Sorokin, Yu. G. Gorbunova, A. Yu. Tsivadze, First Example Of Using Binaphthyl-Substituted Ruthenium Phthalocyaninates As Catalysts For Enantioselective Cyclopropanation // ХXII Mendeleev Congress On General And Applied Chemistry, Book Of Abstracts, Volume 5, October 07-12, 2024, Federal Territory “Sirius”, Russia, p. 78 (год публикации - 2024)

5. Кройтор А.П., Дмитриенко А.А., Мартынов А.Г., Горбунова Ю.Г. и Сорокин А.Б. (1R,2S,5R)-Menthyl-substituted ruthenium(II) phthalocyanines: How many chiral inductors are required for enantioselective catalysis? Journal of Porphyrins and Phthalocyanines, Just Accepted Manuscript (год публикации - 2025)
10.1142/S1088424625500555

6. Дмитриенко А.А., Кройтор А.П., Мартынов А.Г., Киракосян Г.А., Сорокин А.Б., Горбунова Ю.Г., Цивадзе А.Ю. БИНАФТОКСИ-ЗАМЕЩЕННЫЕ ФТАЛОЦИАНИНАТЫ РУТЕНИЯ – НОВЫЕ ГОМОГЕННЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ ДЛЯ АСИММЕТРИЧЕСКОГО ЦИКЛОПРОПАНИРОВАНИЯ XIX Конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «ФИЗИКОХИМИЯ – 2025», 17-21 ФЕВРАЛЯ, 2025, г. МОСКВА, ИФХЭ РАН, Дмитриенко А.А., Кройтор А.П., Мартынов А.Г., Киракосян Г.А., Сорокин А.Б., Горбунова Ю.Г., Цивадзе А.Ю., БИНАФТОКСИ-ЗАМЕЩЕННЫЕ ФТАЛОЦИАНИНАТЫ РУТЕНИЯ – НОВЫЕ ГОМОГЕННЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ ДЛЯ АСИММЕТРИЧЕСКОГО ЦИКЛОПРОПАНИРОВАНИЯ // XIX Конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «ФИЗИКОХИМИЯ – 2025», 17-21 ФЕВРАЛЯ, 2025, г. МОСКВА, ИФХЭ РАН (год публикации - 2025)

7. Кройтор А.П., Дмитриенко А. А., Киракосян Г. А., Лоренц Ш., Мартынов А. Г., Горбунова Ю. Г. , Цивадзе А. Ю. и Сорокин А.Б. Designing Ruthenium Phthalocyanine with Chiral Pockets Formed by (1R,2S,5R)‑Menthoxy Groups for Enantioselective Catalysis ACS Catalysis, 15 (6), 4984–5001. (год публикации - 2025)
10.1021/acscatal.4c07696

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проведенное в отчетном периоде исследование включало исследование и оптимизацию каталитической системы на основе фталоцианината рутения, содержащего арилоксильные заместители, функционализированные (1R,2S,5R)-ментокси-группами (М) и 15-краун-5-эфирными (С) фрагментами: RuPc[opp-M2C2](CO). Показано, что добавление солей натрия в реакции этилдиазоацетата (ЭДА) со стиролом и его производными в присутствии комплекса рутения приводит к возрастанию энантиомерного избытка транс-циклопропана. Подобное увеличение энантиоселективности переноса карбена с помощью супрамолекулярного взаимодействия с краун-эфирными рецепторами описано впервые. Дальнейшая оптимизация позволила улучшить селективность реакции, а также увеличить выход целевых циклопропанов. В качестве растворителя был использован этанол. Показано, что при увеличении соотношения олефин/ЭДА снижается образование продуктов димеризации диазосоединения, а пропорциональное разбавление системы позволяет сохранить ранее достигнутые значения энантиомерных избытков. Для реакций циклопропанирования с использованием комплекса RuPc[opp-M2C2](CO), содержащего конформационно-подвижные ментокси-группы, установлено, что точный контроль температуры реакции является важным фактором воспроизводимости реакции, и оптимальная температура, при которой достигается высокий уровень энантиоселективности и сохраняется приемлемый уровень конверсии алкенов, составляет 15°C. В оптимизированных условиях была проведена серия реакций циклопропанирования, катализируемая комплексом RuPc[opp-M2C2](CO). На примере производных стирола с донорными и акцепторными заместителями, а также для диазосоединений с одной акцепторной группой показана применимость разработанной каталитической системы для получения широкого круга циклопропанов. Наибольшие показатели энантио- и диастереоселективности достигаются при использовании пара-замещённых стиролов. Так, при взаимодействии 4-метилстирола с ЭДА соответствующие циклопропаны получаются с ee(транс) = 83% и транс/цис соотношением = 499:1. Исследование взаимодействия 2,6-бис-(гидроксиметил)-п-крезола с L-борнеолом показало, что образование продукта дизамещения бензильных ОН-групп более эффективно протекает в расплаве по сравнению с реакцией в растворе, однако выделение продукта требует многократной колоночной хроматографии, приводящей к низким препаративным выходам целевого 2,6-бис-(борнилоксиметил)-п-крезола. Сравнение реакционной способности незамещенного 1,1’-бинафтола и бинафтола, функционализированного в 3,3’-положения показало, что введение даже небольших заместителей в орто-положение к ОН-группам оказывает значительное влияние на их нуклеофильность. Так, реакция 3,3’-диметилбинафтола с 3-нитрофталонитрилом приводит к продукту исключительно однократного замещения, тогда как с незамещенным бинафтолом продукт двойного замещения, динитрил (BNPО)Pn2, образуется с высоким выходом. Таким образом, получение фталоцианинов с бинафтокси-группами, функционализированными по 3,3’-положениям, представляется маловероятным. На основе динитрила (R-BNPО)Pn2 был получен соответствующий фталоцианин H2[(R-BNPO)2Pc]. Реакцией свободного основания H2[(R-BNPO)2Pc] c Ru3(CO)12 впервые был синтезирован фталоцианинат рутения в двумя R-бинафтокси-группами в непериферийных положениях [(R-BNPO)2PcRu](CO). Комплекс был охарактеризован методами ЭСП, HR ESI и ЯМР, включая двумерные спектры. Условия реакции асимметрического циклопропанирования комплексом [(R-BNPO)2PcRu](CO) были оптимизированы на примере взаимодействия стирола с эфирами диазоуксусной кислоты. Определено, что при увеличении размера заместителя в диазоэфире в ряду этил < бензил < трет-бутилдиазоацетат (tBuDA) возрастает энантио- и диастереоселективность. При дальнейшем варьировании условий в реакции стирола с tBuDA был увеличен избыток алкена для подавления образования побочных продуктов диазосоединения, и снижена загрузка катализатора до 0.02 мол.% без снижения выхода циклопропанов. Варьирование температуры не оказывает сильного влияния селективность переноса карбена, что можно объяснить наличием жесткой хиральной полости, образованной бинафтильными группами комплекса [(R-BNPO)2PcRu](CO). Была проведена серия реакций олефинов c диазосоединениями в присутствии фталоцианината рутения [(R-BNPO)2PcRu](CO). Каталитическая система применима для широкого круга производных стирола с донорными и акцепторными заместителями, а также для диазосоединений с одной акцепторной группой. Наибольшая энантио- и диастереоселективность достигается при использовании трет-бутилдиазоацетата и заместителей в пара-положении. Так, в реакции пара-метоксистирола с tBuDA достигается ee(транс) = 83% и транс/цис соотношение = 499:1. Синтезированные циклопропаны были выделены и охарактеризованы, что подчеркивает практическую ценность разработанной каталитической методики. По исследованию каталитической активности моноизомерных комплексов RuPc[MC3](CO), RuPc[opp-M2C2](CO), RuPc[adj-M2C2](CO) и RuPc[M3C](CO) в реакциях переноса карбена и разработке каталитической системы на основе фталоцианината рутения RuPc[opp-M2C2](CO) нами опубликованы две статьи: Kroitor AP, Dmitrienko AD, Kirakosyan GA, Lorentz C, Martynov AG, Gorbunova YG and Sorokin AB. ACS Catal. 2025; 15: 4984-5001 (IF = 11.4, Q1), https://doi.org/10.1021/acscatal.4c07696 Kroitor AP, Dmitrienko AA, Martynov AG, Gorbunova YG and Sorokin AB. J. Porphyr. Phthalocyanines 2025; принято к публикации 17 марта 2025, (IF = 0.9, Q3), https://doi.org/10.1142/S1088424625500555 Результаты работы представлены на XXII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии в докладе «FIRST EXAMPLE OF USING BINAPHTHYL-SUBSTITUTED RUTHENIUM PHTHALOCYANINATES AS CATALYSTS FOR ENANTIOSELECTIVE CYCLOPROPANATION» и на XIX Конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «ФИЗИКОХИМИЯ – 2025» в докладе «БИНАФТОКСИ-ЗАМЕЩЕННЫЕ ФТАЛОЦИАНИНАТЫ РУТЕНИЯ – НОВЫЕ ГОМОГЕННЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ ДЛЯ АСИММЕТРИЧЕСКОГО ЦИКЛОПРОПАНИРОВАНИЯ». Задачи отчётного этапа 2024-2025 года выполнены в полном объёме.

Публикации