Фотокатализ позволил проводить реакцию аминирования с любыми аминами

Американские химики провели реакцию палладий-катализируемого C-H аминирования при облучении синим светом, и это позволило получить разнообразные амины из замещенных по обоим концам двойной связи алкенов. Также процесс удалось провести энантио- и диастереоселективно с помощью хиральных фосфиновых лигандов. Исследование опубликовано в Science.

Несмотря на то что амины — органические производные аммиака — встречаются во многих природных соединениях и лекарственных препаратах, существует довольно мало общих подходов к их синтезу. Самый удобный и известный путь — это восстановительное аминирование. В этой реакции амин или аммиак присоединяется по карбонильной группе кетона или альдегида, а получившийся имин или иминиевый катион восстанавливается с образованием амина. Другие популярные подходы к синтезу аминов основаны на восстановлении функциональных групп, например, амидов или нитрилов.

Еще один способ синтеза аминов появился, когда химики обнаружили, что палладиевые комплексы с металлом в степени окисления +2 могут реагировать с терминальными алкенами (у них один из углеродов двойной связи не замещен другими группами). В этой реакции палладий координируется по двойной связи углерод-углерод, а потом отрывает атом водорода от соседнего с двойной связью положения — в результате получается аллильный комплекс. Эти комплексы реагируют с аминами или их аналогами — и в результате получаются замещенные аллиламины. Этот подход страдает от того, что работает только с терминальным алкенами, способными легко координировать палладий. А еще реакция не работает с первичными аминами — они дезактивируют катализатор.

Чтобы преодолеть эти проблемы, химики под руководством Владимира Геворгяна (Vladimir N. Gevorgyan) из Техасского университета в Далласе решили использовать фотокатализ. Они предположили, что если взять катализатор на основе палладия в степени окисления 0, в присутствии окислителя и синего света он будет переходить в палладий +1. Получившийся комплекс будет стабильнее к аминам и сможет отрывать атом водорода от алкена без предварительной координации по двойной связи. При этом стерические затруднения в структуре алкена перестанут мешать протеканию реакции.

Чтобы проверить свое предположение, химики смешали замещенный с двух сторон алкен бета-этилстирол с циклическим амином морфолином в бензоле, добавили в раствор фосфиновый комплекс палладия, карбонат цезия и бромбензол, а затем облучили смесь синим светом. Реакцию вели 15 часов, и в результате выделили продукт аминирования с выходом в четыре процента. Но условия реакции удалось оптимизировать: когда вместо бромбензола в качестве окислителя ученые взяли более замещенный арилбромид, выход повысился до 41 процента. А добавки третбутиламмонийбромида и бензонитрила позволили повысить выход реакции до 90 процентов.

Дальше химики провели свою реакцию с разными аминами и алкенами. Оказалось, что процесс работает и с первичными, и с вторичными аминами, и даже с другими азотными нуклеофилами — например, анилинами, сульфонамидами и N-гетероциклическими соединениями. Набор подходящих алкенов тоже оказался большим. Так, неожиданно хорошо реагировали соединения с акцепторами в соседнем положении с двойной связью — обычно вместо аминирования такие соединения вступают в реакцию Михаэля.

Далее химики решили попробовать провести свою реакцию диастереоселективно, используя хиральные алкены в качестве исходников. Сами по себе реакции не давали большого избытка одного из изомерных продуктов, но когда химики решили использовать хиральный фосфиновый лиганд ^®-BINAP, им удалось добиться высокой селективности. С помощью этого же фосфина ученые провели энантиоселективные реакции с ахиральными субстратами — в результате им удалось получить оптически чистые (в некоторых случаях на 99 процентов) амины.

Так химики разработали общий подход к синтезу аллиламинов, который работает с очень разными субстратами и позволяет получать оптически чистые соединения. Кроме того, найденная реакция — один из немногих примеров радикальных процессов, способных идти энантиоселективно.

Ранее мы рассказывали о фотокаталитическом синтезе нитрилов. В этом процессе химики использовали комбинацию фотокатализа и электрокатализа.