Ученые кафедры органической химии и высокомолекулярных соединений Уральского федерального университета разработали новый подход к конструированию гетероциклических ансамблей на основе пиридина. 2,6-Бис(гетарил)пиридины — важный класс гетероциклических ансамблей, которые способны образовывать комплексные соединения с различными катионами металлов. Такие координационные структуры можно применять как флуорофоры, магнитные материалы, каталитические системы и красители для солнечных батарей.

Результаты работы представлены в журнале Synthesis.

«Химия хелидоновой кислоты известна еще с конца XIX века, и данные вещества широко вошли в практику органического синтеза благодаря доступности и химической активности. Поэтому каждый шаг, связанный с открытием чего-то нового в этом направлении, является ценным, хотя это очень сложная задача, — поясняет соавтор работы, доцент кафедры Дмитрий Обыденнов. — В данном исследовании нам удалось впервые получить довольно простую молекулу по строению и при этом невероятно химически активную, а также использовать ее в качестве основы для конструирования гетероциклических ансамблей».

Основной способ получения этих гетероциклических ансамблей обычно основывается на последовательной модификации пиридинового кольца. Сотрудники УрФУ предложили новый подход к синтезу таких структур на основе поликарбонильных соединений, что является важным с точки зрения «зеленой» химии или химии устойчивого развития.

«В качестве ключевой молекулы для конструирования гетероциклических ансамблей был использован 2,6-дициано-4-пирон или динитрил хелидоновой кислоты, синтез которого может быть легко осуществлен в несколько стадий из самых доступных соединений, ацетона и диэтилового эфира щавелевой кислоты. Данная молекула, несмотря на простоту строения, получена впервые и является новым производным хорошо известной природной хелидоновой кислоты, которая содержится в чистотеле», — рассказывает Дмитрий Обыденнов.

Динитрил хелидоновой кислоты обладает высокой реакционной способностью и возможностью вступать в разнообразные химические превращения. Важная синтетическая задача в данном исследовании — поиск реагентов и условий, которые бы приводили к образованию гетероцикла только c участием определенного фрагмента молекулы пирона без затрагивания остальных (хемоселективность).

«Удачей оказался тот факт, что большинство реакций протекало по боковым цианогруппам с образованием различных полигетероциклических систем. По опыту работы с 4-пиронами известно, что они очень легко вступают в реакции раскрытия цикла, что было применено на последней стадии синтетической схемы при взаимодействии с аммиаком для конструирования пиридинового фрагмента», — отмечает Дмитрий Обыденнов.

Исследование поддержал Российский научный фонд (проект № 18–13–00186 «2-Циано- и 2,6-дициано-4-пироны как субстраты-хамелеоны и синтетические эквиваленты 4-гидрокси-2-пиронов для направленного органического синтеза полезных продуктов»).

Справка. 4-Пироны — это кислородсодержащие гетероциклические соединения, которые можно отнести к скрытым поликарбонильным структурам. Они широко распространены в природе, так как легко образуются при дегидратации углеводов. Среди важных представителей этого класса гетероциклов можно выделить мальтол (E636), койевую кислоту (используется в косметике) и хелидоновую кислоту (впервые выделена из чистотела). Но наибольшее внимание данным соединениям уделяется как универсальным билдинг-блокам для органического синтеза, применяемым для конструирования сложных молекул с разнообразными биологическими и физическими свойствами.