Зачем необходимы новые молекулы рассказал профессор СПбГУ Александр Хлебников
Один из докладов на VI международном симпозиуме «DIAZO-2021» был посвящён анализу синтетических стратегий, основанных на реакционной способности диазофункционализированных гетероциклов, которые позволяют получать новые азотсодержащие гетероциклические ансамбли и конденсированные гетероциклические системы. Активную работу в этом направлении ведёт научная группа под руководством д-ра химических наук профессора СПбГУ Александра Хлебникова. Разработанные ей новые оригинальные синтетические подходы используют ортогональную стабильность и реакционную способность функциональных групп и колец в соединениях, содержащих диазофункцию и гетероциклическое кольцо, таких как азирин (напряжённый гетероцикл), изоксазол (гетероцикл со слабой связью азот-кислород).
О том, зачем учёные разрабатывают новые молекулы и гетероциклические соединения, рассказал Александр Хлебников. Развитие технологий требует получения новых органических соединений с заданными свойствами. Они необходимы для создания перспективных материалов, лекарств, химических сенсоров, средств визуализации биологических процессов, органических полупроводников, производительных преобразователей энергии и т. д. Поэтому методологии синтеза новых гетероциклических соединений в ближайшем будущем будут интенсивно развиваться.
Значимость гетероциклических соединений и значение разработки эффективных методов их синтеза неоспорима. Чтобы показать масштаб проблемы отметим лишь несколько моментов. Синтез полигетероароматических соединений играет исключительную роль в развитии постсиликоновой электроники. В частности, поликонденсированные гетероциклические системы рассматриваются как перспективные легированные нанографены, сочетающие структурную однородность с перестраиваемой электронной структурой. Развитие новых методов синтеза таких молекул позволит модифицировать топологию, положение и состав гетероатомов в сопряжённой системе, контролирующие ключевые особенности электронной структуры, обеспечивая тонкую настройку оптического поглощения, фотолюминесценции, окислительно-восстановительного поведения и других свойств
, — говорит Александр Феодосиевич. Новые гетероциклические соединения необходимы для создания красителей для ближней инфракрасной области спектра, двухфотонных поглотителей, флуоресцентных датчиков, высокоспиновых органических молекул, лигандов для переходных металлов, органических полупроводников и др.
С другой стороны, отмечает учёный, большинство лекарственных средств, применяемых в современной медицине, являются гетероциклическими соединениями и их ансамблями, которые занимают ведущие места в рейтинге мировых продаж лекарств. Методы синтеза, обеспечивающие эффективное получение функционализованных гетероциклических соединений, имеют решающее значение для открытия и введения в практику новых лекарств, необходимость которых следует из новых вызовов, постоянно встающих перед цивилизацией, таких как, например, коронавирус COVID–19.
По словам Александра Феодосиевича, несмотря на многочисленность уже разработанных методов синтеза и функционализации гетероциклов, по-прежнему существует большая потребность в дальнейших достижениях в этой области. Так, на ранней стадии поиска лекарственного средства нужен быстрый доступ к новым гетероциклам, которые, удовлетворяют определённым физико-химическим требованиям и могут обеспечить новые физиологические свойства. Во время клинической фазы доработки лекарств необходимость проведения тонких структурных модификаций молекулы для повышения активности, селективности, метаболической стабильности и других свойств требует разработки новых гибких синтетических схем модификации гетероциклических молекул.
Создание эффективных методологий направленного синтеза органических соединений обеспечит не только удовлетворение потребностей естественных наук, индустрии и сельского хозяйства в перспективных веществах, но и сохранение природной среды, климата, поскольку современное понятие эффективности неразрывно связано с понятием экологичность. В рамках этой общей проблемы синтез моно и полигетероциклических соединений и их ансамблей занимает одно из важнейших мест
, – уверен учёный.
Сегодня в СПбГУ методики синтеза новых молекул разрабатывает несколько исследовательских коллективов химиков, о некоторых результатах на конференции DIAZO–2021 подробно рассказали Н.А. Данилкина, М.Ю. Красавин, М.С. Новиков, Н.В. Ростовский.
С программой и материалами DIAZO-2021 можно познакомиться на сайте.
В состав научной группы, возглавляемой Александром Хлебниковым, входят студенты, аспиранты и молодые ученые. Исследования, результаты которых были отражены в докладе «Diazо-functionalized reactive heterocycles: versatile tools in synthesis», выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 19-13-00039).
Подробнее о результатах, обсуждаемых в докладе, можно прочитать в статьях:
- Serebryannikova A. V., Galenko E. E., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. Product selectivity of thermal Buchner reaction of methyl 2-(3-arylisoxazol-5-yl)-2-diazoacetates with benzene, naphthalene and mesitylene, and ring-opening/closing reaction of products // Tetrahedron. 2021. Т. 88. No 132153.
- Galenko E. E., Bodunov V. A., Kryukova M. A., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. Buchner Reaction/Azirine Modification Approach Toward Cycloheptatriene Containing Nitrogen Heterocyclic Scaffolds // Journal of Organic Chemistry. 2021. Т. 86. Р. 4098–4111.
- Zanakhov T. O., Galenko E. E., Kryukova M. A., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. Isomerization of 5-(2H-azirin-2-yl)oxazoles: An atom-economic approach to 4H-pyrrolo[2,3-d]oxazoles // Moleculеs. 2021. Т. 26. Iss. 7. No 1881.
- Bodunov V. A., Galenko E. E., Sakharov P. A., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. Selective Cu-Catalyzed Intramolecular Annulation of 3-Aryl/Heteryl-2-(diazoacetyl)-1H-pyrroles: Synthesis of Benzo/Furo/Thieno[e]-Fused 1H-Indol-7-oles and Their Transformations // Journal of Organic Chemistry. 2019. Т. 84. Iss. 16. Р. 10388–10401.
- Galenko E. E., Linnik S. A., Khoroshilova O. V., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. An Isoxazole Strategy for the Synthesis of α-Aminopyrrole Derivatives // Journal of Organic Chemistry. 2019. Т. 84. Iss. 17. Р. 11275–11285.
- Sakharov P. A., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. 2-Diazoacetyl-2H-azirines: Source of a Variety of 2H-Azirine Building Blocks with Orthogonal and Domino Reactivity // Journal of Organic Chemistry. 2018. Т. 83. Iss. 15. Р. 8304–8314.
VI международный симпозиум «Химия диазосоединений и родственных полиазотосодержащих систем (DIAZO-2021)», в сентябре 2021 года объединивший в Санкт-Петербурге специалистов в одной из наиболее активно развивающихся направлений фундаментальной органической химии, выступил сателлитным мероприятием XII Международной конференции «Менделеев 2021». Организатор — Санкт-Петербургский государственный университет.