ИСТИНА

Проект посвящен исследованию новых реакций дифункционализации алкенов, алленов и диенов солями арилдиазония и различными нуклеофилами (цианидами, тиоцианатами, спиртами и т.д.) с использованием фоторедокс катализа и разработке на их основе синтетических подходов к различным соединениям, которые могут обладать ценными биологическими свойствами. Актуальность и научная значимость данного исследования обусловлена интенсивным развитием фоторедокс катализа под действием видимого света (400-700 нм), который позволил на новом уровне осуществлять реакции с участием радикалов в органическом синтезе, фактически вдохнув новую жизнь в эту область. Благодаря возможности «тонкой подстройки» окислительного и восстановительного потенциалов органического фотокатализатора в соответствии с выбранными субстратами (путем выбора его типа и заместителей в нем) удается избежать побочных процессов, характерных для радикальных реакций, и селективно получать целевые продукты в мягких условиях с высокими выходами. Реакция Меервейна, катализируемая солями меди(II), позволяет в одну стадию вводить в структуру молекулы ароматический заместитель и нуклеофил, но область ее применения ограничена, а выходы продуктов нередко низки. Применение фоторедокс катализа в данной реакции позволит существенно расширить диапазон получаемых с ее помощью соединений, в том числе с заместителями, обуславливающими ценные биологические свойства. В связи с вышеизложенным, в ходе выполнения проекта будут изучены реакции цианоарилирования, тиоцианоарилирования и алкоксиарилирования акрилатов, стиролов, алленов, диенов, малеимидов и других замещенных алкенов в условиях фоторедокс катализа под действием видимого света (450 нм или 530 нм). В результате будут найдены оптимальные условия и фотокатализаторы для региоселективного введения указанных заместителей в структуру молекулы путем анион-арилирования различных алкенов.

The project is devoted to the study of new reactions of difunctionalization of alkenes, allenes, and dienes with aryldiazonium salts and various nucleophiles (cyanides, thiocyanates, alcohols, etc.) using photoredox catalysis and the development of synthetic approaches based on them to various compounds that may possess valuable biological properties. The relevance and scientific significance of this study stems from the intensive development of photoredox catalysis methods employing visible light (400-700 nm), which allow carrying out the reactions with the participation of radicals in organic synthesis at a new level. The Meerwein reaction catalyzed by Cu(II) salts allows the aromatic substituent and nucleophile to be introduced into the structure of the molecule in one step, but its scope is limited and product yields are often low. The use of photoredox catalysis will significantly expand the range of compounds obtained by this approach, including substituents that provide valuable biological properties. For this reason the project supposes the investigation of arylation-cyanation, arylation-thiocyanation reactions as well as arylation-alkoxylation of acrylates, styrenes, allenes, dienes, maleimides and other substituted alkenes which will be proceeded using photoredox catalysis under irradiation with visible light (450 nm or 530 nm). As a result, optimal conditions and photocatalysts will be found for the regioselective introduction of these substituents into the structure of the final compounds via bifunctionalization of various alkenes. It should be noted that in the case of each type of substrate a careful selection of conditions is required in order to minimize possible side processes because of the complexity of the mechanism of this reaction. Various photocatalysts will be studied, as well as already known copper (II)-based catalysts which are active under visible light irradiation conditions. The most efficient and widely used photocatalysts are expensive ruthenium (II) complexes, therefore, in order to reduce the cost of such catalytic systems, the possibility of their immobilization on an inorganic substrate for their multiple use will be investigated. The influence of immobilization and recycling on the activity of these catalysts in the photo-redox catalyzed reactions of arylation-cyanation and arylation-thiocyanation of alkenes will be studied.

В результате исследования фотокатализируемой реакции анион-арилирования алкенов под действием видимого света будет значительно расширен диапазон применения данной реакции и разработан эффективный каталитический подход к синтезу новых классов соединений. Будет проведено сравнение эффективности фоткатализаторов с катализаторами на основе меди. Ожидается, что будет разработан метод цианоарилирования активированных (акрилаты, циннаматы, малеаты, малеимиды) и неактивированных (производные стирола, циклогексен, норборнен) алкенов, что позволит получить соответствующие дифункционализированные производные. Будет исследована реакционная способность ранее не изученных замещенных алкенов (халконов, циннаматов, винилфософнатов, акриламидов и т.д.) с С-, S- и O-нуклеофилами, найдены закономерности протекания реакции и условия ее проведения в случае каждого субстрата, получены замещенные аддукты с потенциальной биологической активностью. Будут получены рециклизуемые фотокатлизаторы на основе комплексов рутения и иридия, иммобилизованных на твердую подложку, будет изучено влияние иммобилизации на их фотокаталитическую активность в реакциях анион-арилирования, а также возможность повторного использования с целью снижения стоимости процесса.

Автор имеет большой опыт в области изучения и применения катализа, в частности, палладий- и медь-катализируемых реакций образования связи углерод−азот и углерод−углерод в синтезе соединений с заданными свойствами (Org. Biomol. Chem., 2019, 4243; ChemPlusChem, 2019, 498; Synthesis, 2017, 5067; Heterocycles, 2019, 1342), а также в области исследования органокаталитических превращений непредельных соединений (Mend. Commun., 2017, 550). В рамках Русско-Французского проекта (международная лаборатория LIA LAMREM) автором были освоены методы работы с гибридными материалами на основе диоксида титана, методами их характеризации и применения в катализе и детектировании. В рамках предварительных исследований автором был собран и успешно испытан фотореактор для осуществления реакций при облучении видимым светом. В рамках предшествовавших исследований (проект РФФИ 18-33-00279 «Новые флуоресцентные хемосенсоры и фотокатализаторы на основе комплексов рутения с производными 1,10-фенантролина», 2018-2019 гг.) автором синтезированы новые функционализированные полипиридиновые комплексы рутения(II) и получены предварительные данные по их фотокаталитической активности в реакциях аэробного окисления, радикального арилирования гетероциклов и тиоцианирования-арилирования алкенов.