Ученые смогли сделать синтез полезных органических соединений проще и дешевле

Реакция Сузуки-Мияуры является хорошо известным химическим процессом, в котором реакция между органическими бороновыми кислотами и арилгалогенидами приводит к синтезу «биарильных» соединений, которые являются важными компонентами различных лекарств и химических продуктов. Это также называется перекрестной связью, поскольку две арильные молекулы объединяются или перекрестно соединяются в этом процессе. Поскольку органические ароматические молекулы, которые образуются в результате этой реакции, находят различные применения, такие как растворители и лекарственные средства, крайне важно найти способ оптимизации существующих реакций перекрестного сочетания. Вот почему в новом исследовании, опубликованном в ACS Catalysts команда ученых из Японии, в том числе младший доцент Юичиро Муто и профессор Шиничи Сайто из Токийского университета, хотели проверить, можно ли сделать эту реакцию более эффективной.

«Защищенная» органическая бороновая кислота, представляющая собой органическую бороновую кислоту с «маскирующей группой», часто используется в качестве предшественника борной кислоты в реакции Сузуки-Мияуры. Поскольку реакционная способность защищенной бороновой кислоты низкая, она не участвует в этой реакции. Таким образом, маскирующая группа должна быть удалена для протекания реакции, что добавляет еще один этап в процесс. Это заставило ученых задуматься: а что, если маскированные молекулы были непосредственно использованы в реакции? Это привело бы нас к гораздо более быстрой и дешевой технике!

Профессор Сайто объясняет: 

«Поскольку удаление маскирующей группы необходимо для обеспечения скрытых бороновых кислот, которые участвуют в последующих реакциях Сузуки-Мияуры, прямое использование защищенной бороновой кислоты в реакции Сузуки-Мияуры было бы весьма желательно с точки зрения количества шагов и атомной экономики. Это помогло бы упростить синтез сложных молекул». 

Единственная проблема заключалась в том, что до сих пор не было известного способа непосредственного использования защищенных бороновых кислот без предварительного удаления маскирующей группы, и, таким образом, ученые решили найти способы сделать это.

Исследователи знали, что для этого процесса требуется палладиевый катализатор (молекула или соединение, которое может ускорить реакцию), основание и две исходные арильные молекулы. Они начали проверять, происходит ли реакция с защищенной молекулой. Для начала они рассмотрели влияние различных оснований на реакцию. Они увидели, что при использовании определенного основания калия, называемого KO-Bu, это приводило к высокому выходу продуктов, и этот эффект не наблюдался для других оснований. Затем они протестировали различные катализаторы на основе палладия и увидели, что все катализаторы дают одинаковый выход, что указывает на то, что для перекрестного сочетания можно использовать обычные каталитические системы на основе палладия. Это привело их к заключению, что основание KO-Bu сыграло решающую роль, если непосредственно использовать защищенную бороновую кислоту.

После более чем дюжины успешных реакций Сузуки-Мияуры с высоким выходом для различных биарильных соединений, команда провела «контрольные» эксперименты, чтобы проверить другие переменные и понять основные механизмы основания KO-Bu. В частности, они проверили, присутствовали ли химические частицы в реакционной смеси до завершения реакции, что позволило обнаружить промежуточное соединение, включающее основание KO-Bu и реагент бороновой кислоты. Используя такие методы, как ЯМР-спектроскопия и рентгеноструктурный анализ на монокристаллах, ученые подтвердили, что ключом к успеху этих реакций перекрестного сочетания является использование KO-Bu в качестве основания, поскольку оно позволяет образовывать активный борат, что важно для реакции.

Методология, раскрытая в этом исследовании, дает представление о реакции Сузуки-Мияуры и предлагает новый способ минимизации необходимых шагов для использования защищенных бороновых кислот. Весь процесс получения молекул биарила проводился в одном сосуде, что выгодно с точки зрения пространства и стоимости, пишет phys.org. 

Профессор Сайто заключает: 

«Мы разработали способ, при котором реакция должна быть ступенчатой и экономичной, особенности, которым в последние годы уделялось значительное внимание. Таким образом, это исследование открывает новые возможности для использования защищенных бороновых кислот в различных реакциях сочетания.

Ввиду важности открытия, это исследование было даже выбрано для того, чтобы быть на обложке журнала ACS Catalysis за январь 2020 года. Полученные результаты, мы надеемся, помогут упростить синтез важных сложных молекул, в том числе фармацевтических препаратов, так что больше людей могут извлечь выгоду из достижений в области химических наук».