Химики получили четвертичные атомы углерода с помощью кросс-сочетания

Реактор для фотохимических превращений
Masohe / Wikimedia Commons
Группа американских химиков предложила реакцию кросс-сочетания на основе известного природного механизма и провела ее в лаборатории. Изучив известные данные о превращении радикалов в живых организмах, химики смогли правильно подобрать условия для проведения схожего превращения в лаборатории. Кроме того, открытая реакция оказалась удобным методом получения соединений с четвертичным атомом углерода. Исследование опубликовано в Science.
Реакции кросс-сочетания химики используют для образования новых углерод-углеродных связей. Обычное такие превращения включают в себя три стадии: окислительное присоединение органического галогенида и катализатора, переметаллирование металлоограническим соединением и восстановительное элиминирование, в результате которого два фрагмента объединяются с образованием связи углерод-углерод. Интересно, что схожие по типу реакции протекают и в живых организмах, но их механизм совершенно другой. В них участвуют металлопорфирины — комплексные соединения, способные связываться с органическими радикалами.
Реакции сочетания фрагментов с углеродами в sp3-гибридизации (все связи у таких атомов одинарные) довольно редки и часто требуют высоко реакционноспособных реагентов. Однако в природе схожие реакции легко протекают именно как sp3-sp3 сочетания. Они идут очень быстро и могут давать продукты с четвертичным углеродным центрам (углерод связан с четырьмя другими углеродами) — структурным фрагментом, трудным для построения.
Дэвид Макмиллан (David MacMillan) из Принстонского университета вместе с коллегами предложил, как провести реакцию sp3-sp3 кросс-сочетания на основе природного механизма. Они предположили, что радикал, полученный из первичного алкилбромида, может связываться с металлопорфирином, а затем реагировать с устойчивым третичным радикалом. Химики решили получать такие радикалы из редокс-активных сложных эфиров под действием фотокатализатора.
Чтобы показать толерантность реакции к большому количеству реагентов, ученые протестировали превращение на наборе сложных эфиров. Большинство субстратов давало продукты кросс-сочетания с хорошими выходами, однако реакция шла плохо с третичными бензильными эфирами, предположительно, из-за малой нуклеофильности генерируемых радикалов. Затем, при варьировании алкилбромидов удалось получить разные фрагменты медицинских препаратов, спироциклические системы, трудные для синтеза аминокислоты.
Помимо большого вклада в фотохимию, Дэвид Макмиллан и его группа известны своей работой в области органокаталитических превращений. Ранее мы рассказывали, как лауреатам Нобелевской премии по химии 2021 года пришло в голову использовать хиральные органические катализаторы.
Михаил Бойм