Российские ученые совместно с иностранными коллегами исследовали реакции аминирования. Новые реакции и каталитические системы на их основе найдут применение в органическом синтезе, а также позволят в будущем создавать лекарственные субстанции и агропромышленные препараты. Статья с результатами опубликована в журнале Organic & Biomolecular Chemistry.

Одной из распространенных реакций в органическом синтезе является восстановление. В этом процессе атомы и ионы получают электроны и понижают степень окисления. В качестве восстановителя можно использовать водород, но его получения из природного газа — это сложный и дорогой процесс. Авторы новой работы предложили использовать в качестве восстановителя в органическом синтезе монооксид углерода (CO). Второе название этого соединения — угарный газ, он образуется в огромных количествах при выплавке стали конвертерным способом и имеет низкую себестоимость.

«В настоящий момент угарный газ просто «дожигают» до углекислого газа. Мы же предлагаем использовать монооксид углерода не для обогрева атмосферы, а для осуществления важных реакций органического синтеза, например синтеза аминов, входящих в состав значительной части существующих в мире лекарственных средств и других молекул с ценными свойствами. В качестве побочного продукта образуется углекислый газ, который промышленность уже умеет утилизировать», — рассказывает главный автор исследования, сотрудник РУДН и Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова (ИНЭОС РАН), кандидат химических наук Денис Чусов.

Опубликованная статья посвящена изучению реакции каталитического восстановительного аминирования с использованием монооксида углерода в качестве восстановителя в присутствии катализаторов на основе иридия. Аминирование — реакция введения аминогруппы –NH₂ (или ее производных –NHR, –NR₂, где R – органический радикал) в органические соединения — используется для того, чтобы создавать молекулы с определенными свойствами. Для этого нужны способы прикреплять группы к углеродному скелету в строго определенных положениях. Ученые показали, что наибольшую каталитическую активность (которая проявляется в ускорении реакции) проявляют комплексные соединения металла иридия с йодом и органической молекулой циклопентадиена.

«Разработанная нами реакция проходит при давлении 30 атмосфер угарного газа, что обеспечивается работой в автоклавах. На первый взгляд, автоклавы могут показаться сложнореализуемым оборудованием, тем не менее в промышленности существует очень много процессов, требующих существенно более высоких давлений, так что здесь нет ничего из ряда вон выходящего. Более того, в лабораторной практике гидрирование зачастую проводят также в автоклавах. Варьируя катализатор можно снизить давление вплоть до атмосферного, но те сотрудники, которые поработали в автоклавах, предпочитают уже работать в них, а не в классической лабораторной посуде. Разбить автоклавы сложно, растворитель выкипеть не может, обработка реакционной смеси простая», — комментирует Чусов.

Реакция, течение которой ускоряют при помощи комплексов иридия с йодом и циклопентадиеном, оказалась толерантной к широкому кругу функциональных групп, то есть высокоселективной. Зачастую многие реагенты могут проводить необходимое превращение, при этом уничтожая важные фрагменты молекулы, то есть проявлять к ним отсутствие толерантности. В таких случаях приходится удлинять синтез целевой молекулы, вводить дополнительные защитные группы, проводить реакцию, а затем удалять защитные группы. В результате получение важных молекул становится более трудозатратным, возрастает стоимость конечного продукта и увеличивается количество отходов. В дальнейшем ученые планируют сосредоточить усилия на использовании угарного газа в реакциях восстановительного аминирования в качестве восстановителя в синтезе лекарственных субстанций и агропромышленных препаратов. Ученые планируют продолжить исследования, в том числе с целью обнаружения новых каталитических систем с очень высокой активностью, а также открытия новых реакций, которые раньше не удавалось проводить в виду отсутствия толерантности существующих восстановительных систем к функциональным группам.