Радикальное кросс-сочетание прошло энантиоспецифично

Химики из США обнаружили, что радикальное кросс-сочетание сульфонилгидразинов и ароматических галогенидов может протекать без потери стереохимической информации. То есть, исходный оптически чистый сульфонилгидразин превращался в оптически чистый продукт. В статье, размещенной на портале препринтов ChemRxiv.org, химики отмечают, что примеры стереоспецифичных радикальных кросс-сочетаний ранее в литературе не встречались.

В классических реакциях кросс-сочетания нуклеофил (например, бороновая кислота) и электрофил (например, арилгалогенид) реагируют с образованием связи углерод-углерод. А в радикальных реакциях кросс-сочетания исходные вещества сначала превращаются в частицы с неспаренными электронами — радикалы — а потом спаривают эти электроны с образованием продукта реакции.

Недостаток радикального кросс-сочетания в том, что если в качестве исходного вещества взять соединение в виде одного оптического изомера, то продукт все равно получится рацемическим. То есть, стереохимическая информация потеряется. Это связано с тем, что образующийся в реакции радикал быстро (за несколько пикосекунд) рацемизуется, а уже потом образует связь с другим радикалом.

Недавно химики под руководством Фила Барана (Phil S. Baran) из исследовательского института Скриппс показали, что потеря стереохимической информации происходит не всегда. И если правильно подобрать исходные вещества и катализатор, радикальное кросс-сочетание можно провести энантиоспецифично, то есть, с образованием оптически чистого продукта.

Все началось с того, что химики исследовали реакцию радикального кросс-сочетания сульфонилгидразинов и арилгалогенидов в присутствии никелевого катализатора и попробовали взять оптически чистый исходник. В результате реакции образовался продукт с оптической чистотой около 70 процентов. То есть, полной рацемизации не произошло.

Тогда ученые решили попробовать оптимизировать условия реакции так, чтобы стереохимическая инофрмация сохранялась полностью. Они перебрали разные растворители и никелевые катализаторы. В итоге им удалось получить продукт с оптической чистотой около 90 процентов. Причем реакция работала и на других субстратах с разным углеродным скелетом и заместителями.

Чтобы выяснить, почему реакция протекает энантиоспецифично, химики провели квантово-химические расчеты в рамках теории функционала плотности. Согласно им, рекомбинация двух радикалов происходила внутрисферно, то есть в координационной сфере никелевого комплекса. И этот процесс протекал быстрее, чем рацемизация.

Так ученые описали первое энантиоспецифичное радикальное кросс-сочетание. Благодаря их открытию радикальные кросс-сочетания станут применять в органическом синтезе гораздо чаще.

Ранее мы рассказывали о том, как химики получили стабильный вторичный радикал, центрированный на атоме углерода.