Исследование нового типа химического синтеза — взаимодействие двух катализаторов в одной колбе

28 марта 2018



Большинство лекарств, промышленных удобрений и функциональных материалов состоят из органических молекул. Органический синтез с использованием катализатора является способом производства таких органических молекул в крупных масштабах без причинения вреда окружающей среде. В этой области исследований профессор Нойори в 2001 году за «реакции гидрирования, катализируемые хиральным катализом» и профессоры Сузуки и Негиши в 2010 году за «катализируемые палладием перекрестные связи» были удостоены Нобелевской премии по химии.

В последние годы катализаторы, состоящие только из органических молекул, без металлических элементов, т.е. органокатализаторы, считаются катализаторами следующего поколения и заслуживают пристального внимания. Однако в органической химии некоторые реакции не могут происходить с одним катализатором. Поэтому ученые проводят ряд исследований в направлении использования для органического синтеза двух или более катализаторов синергетическим способом, что создало новую категорию экспериментальных работ в данной области. В человеческом организме для синтеза сложных органических молекул, выполняющих важные функции, синергетически работают катализаторы-ферменты. Аналогичным образом органический синтез может быть потенциально осуществлен двумя или более катализаторами в одной колбе. Тем не менее, реализовать такие каталитические системы было сочтено трудной задачей, потому что данные химические реактивы в них во многих случаях реагируют между собой, аннулируя каталитические способности друг друга.

Исследовательская команда Университета Канадзава успешно синтезировала кетон из альдегида и бензила, или из альдегида и аллилового карбоната, благодаря синергическому действию в одной колбе органокатализатора и палладиевого катализатора. Тщательное исследование условий реакции показало важность N-гетероциклического карбена тиазолия в роли органического катализатора и палладия с увеличенной бисфосфином (органическое фосфорное соединение) активностью в роли металлического. Следует отметить, что каталитические реакции не проходят в отсутствие одного из двух катализаторов, что указывает на то, что для такой реакции необходимы два катализатора.

Для синтетической конверсии альдегида в кетон обычными методами требовался либо сложный многоступенчатый процесс с несколькими стадиями химических реакций, либо участие достаточно опасного для экологии металлического реагента. Недавно разработанный протокол позволяет синтезировать кетон сложной химической структуры из альдегида в намного менее жестких условиях. Ключом к успеху является то, что альдегид, который, как известно, действует как электрофил в химических реакциях, фактически работает здесь как нуклеофил. Таким образом, новый протокол обеспечивает быструю и простую синтетическую конверсию альдегида в кетон, который является важной базовой структурой, обнаруженной во множестве лекарств и их предшественников.

Считалось, что органическому и металлическому катализаторам трудно работать синергетически в одной колбе сохраняя свою индивидуальную функциональную активность. Настоящее исследование представляет собой новую веху в этой области. Кроме того, в настоящее время создан новый алгоритм разработки «органического синтеза с использованием катализаторов». Ожидается, что, изменив комбинацию применяемых катализаторов, можно будет разработать множество синтетических реакций, до сих пор было трудно осуществляемых, это может проложить путь к новым технологиям для синтеза лекарственных препаратов и их предшественников легким и безотходным способом.