Новости химической науки > Органический дайджест 159

В сегодняшнем выпуске дайджеста: прямое арилирование индазолов в воде; как молекулы пакуются в гели; новая практическая работа по мономолекулярному нуклеофильному замещению; эффективное получение замещенных нафталинов без металлокомплексов и кетен, вернувшийся с холода.

В синтезе арилиндазолов прямое арилирование представляет собой полезную альтернативу более распространенным методам кросс-сочетания. Индазоловая структура весьма важна для медицинской химии, в особенности – для ингибирования фермента – киназы. Преимуществом новой концепции прямого арилирования является возможность получения замещенных в положение C3, что может существенно упростить синтез арилзамещенных индазолов.

Рисунок из Org. Lett. 2010, 12, 224

В группе Грини (M. F. Greaney) из Университета Эдинбурга разработан способ «водного» арилирования, при котором субстрат и катализатор образуют гетерогенную смесь в чистой воде. Катализатором реакции является палладий-дифенилфосфинферроценовый комплекс (dppf), сокатализаторами – трифенилфосфин и соль серебра; арилирование протекает в мягких условиях [1].

Модельная реакция 2-фенилиндазола (1) с различными арилгалогенидами позволяет получать целевой продукт (2) с высоким выходом. Реакция протекает особенно эффективно для арилбромидов и -йодидов; в условиях проведения арилирования не затрагиваются такие заместители и функциональные группы как галогенидные, метоксильные, нитрильные, ацильные и 2-(триметилсилил)этоксиметильная группа (защита для атома азота). Для очистки продукта реакции не требуется сложных операций.

Гели представляют собой интересный объект многочисленных исследований, однако о расположении молекул в гелях практически ничего неизвестно – их неупорядоченная структура не позволяет изучать строение таких объектов с помощью дифракции рентгеновских лучей (XRD).

Куй (J. Cui), Шен (Z. Shen) и Ван (X. Wan) из Университета Пекина получили новый гелеобразователь, 4-(4’-этоксифенил)фенил-β-O-D-глюкозид (1), и обнаружили, что он подвергается фазовому переходу гель-кристалл в смеси 1,4-диоксан-вода в объемном соотношении 1:4.

Рисунок из Langmuir 2010, 26, 97

Для изучения обнаруженного фазового перехода было использовано несколько аналитических методов, включая метод XRD. Помимо информации о природе структурных изменений в ходе фазового перехода, полученные данные позволяют получить полезную информацию о характере упаковки молекул в фазе геля.

В фазе геля молекулы соединения 1 образуют двойные слои, в которых происходит перекрывание-переплетение этоксильных заместителей. Поверхностное натяжение заставляет молекулы скользить друг относительно друга, и гель разрушается. При перемещении заместителя в такое положение, в котором могут образоваться водородные связи между этоксильными и гликозильными группами, межмолекулярное взаимодействие «хвост-к-голове» CH–π приводит к образованию кристаллической фазы.

Мономолекулярная реакция нуклеофильного замещения (S_N1) представляет собой один из важнейших процессов в органической химии. При обучении студентов, посвященном особенностям ее механизма, методам выделения продукта реакции и его очистки часто обращаются к модельной реакции превращения третичного амилового спирта в хлорпроизводное. Для данной модельной системы разработка реакционной смеси заключается в экстракции продукта, сушке раствора продукта реакции над адсорбентом и упаривании растворителя.

Вагнер (C.F. Wagner) и Маршалл (P.A. Marshall) из Университета Аризоны разработали безопасный дешевый и эффективный демонстрационный эксперимент – лабораторную работу для изучения реакции S_N1, исходными реагентами для которого являются 2,5-диметил-2,5-гександиол (1) и концентрированный раствор соляной кислоты [3].

Рисунок из J. Chem. Ed. 2010, 87, 81

На первом этапе эксперимента студенты должны получить 2,5-дихлор-2,5-диметилгексан (2) с помощью реакции S_N1. Раствор соляной кислоты добавляют к 1 HCl, твердое исходное вещество растворяется, после чего образуется белый осадок, внешний вид которого отличается от внешнего вида исходного 1. Осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера и промывают водой.

Второй этап лабораторной работы заключается в том, что студенты измеряют растворимость соединений 1 и 2 в MeOH, EtOAc и гексане, знакомясь с концепциями полярных протонных, полярных апротонных и неполярных растворителей.

Третий этап работы представляет собой эксперименты по тонкослойной хроматографии реагента 1 и продукта 2, целью на этом этапе обучения является обучение слежением за ходом реакции, полярности элюента и методам проявки пятен на пластине ТСХ. Выделенный продукт изучают с помощью спектроскопии ИК и ЯМР.

Авторы [3], предлагающие работу, дополняют ее описание основными инструкциями по технике безопасности, спектрами ИК, ¹³C ЯМР и ¹Н ЯМР. Методическая разработка может рассматриваться как улучшение традиционных для студенческой лабораторной практики заданий по изучению реакции S_N1 с простым методом выделения продукта реакции и доступными исходными соединениями.

В последние годы был разработан ряд методик бензаннелирования, однако обычно для осуществления этой непростой химической трансформации необходимо использовать дорогие металлокомплексные катализаторы.

Джин (T. Jin) и Ямамото (Y. Yamamoto) сообщают об альтернативном подходе – бензаннелированию 2-(2-пропинил)оксобензолов (например, 1), с диалкиламинами, приводящем к образованию замещенных нафталинов различной структуры, протекающем без металлокомплексного катализатора. Важным достоинство нового метода может являться возможность получать целевые продукты при комнатной температуре и активация молекулярными ситами [4].

Рисунок из Org. Lett. 2010, 12, 388

Приведенный на иллюстрации продукт, 2-аминонафталин (2), является важной структурой для медицинской химии и может применяться во многих областях. Авторы [4] провели ряд реакций с ациклическими и циклическими диаминами; для хорошей конверсии при проведении реакции с некоторыми циклическими диаминами необходим нагрев реакционной смеси до 100 °C. В аналогичных условиях в реакцию вступают нафталинсодержащие субстраты, продуктами реакции в этом случае являются 3-аминофенантрены.

Несколько неожиданно, но при использовании субстратов ацетофенонового ряда, не содержащих электроноакцепторынх заместителей в бензольном цикле, реакция с Et₂NH приводит к образованию 1-аминонафталинов, а не ожидавшихся 2-замещенных продуктов. Это аномальное поведение авторами не комментируется.

Исследователи из США и Кореи продемонстрировали, как необычная функциональная группа, которой зачастую пренебрегают в химии материалов, может быть введена в полимер, позволяя высокомолекулярному соединению как получить активный фрагмент для связывания с другими низкомолекулярными соединениями, так и быть сайтом для поперечной сшивки полимерных нитей.

Рисунок из Org. Lett. 2010, 12, 388

По словам Крега Хокера (Craig Hawker) из Университета Калифорнии, кетен, -C=C=O, обладает высокой реакционной способностью и богатыми химическими свойствами, но не применяется в химии полимеров. Исследователи из группы Хокера отмечают, что специалисты по химии полимеров всегда пренебрегали кетенами, как активными веществами, которые слишком сложно хранить и слишком трудно получать.

Для того чтобы специалисты по химии высокомолекулярных соединений посмотрели на кетен другими глазами, исследователи из группы Хокера продемонстрировали, как кетен может быть введен в состав ряда полимеров. Для получения кетенов с помощью термохимической активации обычно используется соединение под названием «кислота Мелдрума» («Meldrum's acid»), представляющее собой кислородсодержащий гетероцикл, с которым связаны две карбонильные группы. Кислота Мелдрума также характеризуется реакционноспособной группой CH₂, что позволяет большому количеству органических соединений прореагировать с ней.

Исследователи продемонстрировали, что кислота Мелдрума может быть введена в состав многих мономеров, например, стирола, которые потом могут быть вовлечены в реакции полимеризации, вводя кислоту Мелдрума в состав полимера, после чего нагревание может привести к образованию кетеновых групп в составе полимера. Хокер заявляет, что в его группе получены кетенсодержащие производные полистирола и полинорборнена, однако разработанный авторами подход можно эксплуатировать и для получения других полимеров с кетенными фрагментами.

Источники: [1] Org. Lett. 2010, 12, 224; [2] Langmuir 2010, 26, 97; [3] J. Chem. Ed. 2010, 87, 81; [4] Org. Lett. 2010, 12, 388; [5] Nature Chemistry, 2010, DOI: 10.1038/NCHEM.538

метки статьи: #аналитическая химия, #кинетика и катализ, #медицинская химия, #органическая химия, #органический синтез, #физическая химия, #химия полимеров