ИСТИНА

Проект направлен на решение научной проблемы поиска доступных, эффективных и многократно рециклизуемых медьсодержащих катализаторов для получения N-арил- и N-гетероарилпроизводных аминов и полиаминов.

In this Project the goal is to systematically study free copper nanoparticles (CuNPs) and copper-containing MOFs (Cu-MOF) as catalysts for the formation of the C(sp2)-N bond and compare the results obtained with our previously described data on homogeneous Cu(I)-catalyzed amination, as well as with literature data. In the course of the study, several interrelated tasks must be solved. 1) Using the example of reactions of model aryl iodides and primary monoamines, the optimal conditions for reactions catalyzed by CuNPs of different size and morphology and Cu-MOF of different composition (solvent, base, temperature, the need to use ligands, catalyst loading) will be found, it is also envisaged to study the effect of irradiation by visible and UV light and to investigate reactions under microwave irradiation. Next, the influence of the nature of the halogen and substituents in aryl halides on the course of the reaction will be studied; heteroaryl halides will also be involved in the reaction. The project involves comparing the reactivity of primary alkylamines with secondary (cyclic and acyclic), aromatic amines and NH-heterocycles, and studying the effect of steric hindrances in amines. 2) The Project will provide a variety of previously unknown copper-containing MOFs containing mixed linkers, as well as new MOFs with (methyl)imidazolate linkers. Copper nanoparticles immobilized on HKUST-1, UiO-66 type MOFs and their analogues containing additional amino groups will also be fabricated. 3) In the Project, much attention will be paid to the study of copper leaching into solution from CuNPs and Cu-MOF using the ICP-MS method, the dependence of this process on the structure of copper catalysts and reaction conditions. SEM and TEM microscopy, XRF and XPS methods will be used to analyze changes in the size, morphology, chemical composition of copper nanoparticles and MOF (oxidation, aggregation). 4) It is planned to conduct experiments on the repeated use of CuNPs and Cu-MOF (catalyst recycling), while using the above physico-chemical methods, the state of the catalysts after each cycle and the washing out of copper into solution will be investigated. 5) Based on the data obtained for the reactions of (hetero)arylation of monoamines, it is proposed to study the N,N'-di(hetero)arylation of diamines, oxadiamines and polyamines, as well as amino alcohols in order to determine the selectivity of substitution at the nitrogen atom in the presence of a hydroxy group.

1) На основании результатов реакций модельных первичных алкиламинов и арилгалогенидов будет определена каталитическая эффективность свободных наночастиц меди (CuNPs) и медьсодержащих металлорганических каркасных полимеров (Cu-MOF) в реакциях аминирования. Будут оптимизированы условия данного процесса при использовании указанных катализаторов, а исследование зависимости выходов целевых продуктов от строения аминов и арил- и гетероарилгалогенидов даст возможность предложить наиболее эффективные и универсальные каталитические системы на основе CuNPs и Cu-MOF для создания связи С(sp2)-N. Также, в случае успеха, увеличение эффективности процесса за счет микроволнового облучения, воздействия УФ или видимого света сможет уменьшить время реакции и/или увеличить выход продуктов аминирования. 2) Будет осуществлен синтез новых медьсодержащих МОКП, содержащих в своем составе смешанные линкеры (1,4-бензолдикарбоновую кислоту, 1,3,5-бензолтрикарбоновую кислоту, их аминозамещенные аналоги, (метил)имидазолатные линкеры), а также будут получены наночастицы меди, иммобилизованные на МОКП типа HKUST-1, UiO-66 и их аналогов, содержащих дополнительные аминогруппы. 3) Изучение размера, морфологии, химического составе наночастиц меди и МОКП, исследование вымывания меди в раствор позволит установить зависимость изменений физико-химических характеристик медных катализаторов от их строения и условий проведения реакции аминирования, что даст возможность более глубокого понимания закономерностей катализа с помощью CuNPs и Cu-MOF. 4) При условии достижимости многократного использования медьсодержащих катализаторов окажется возможным значительно увеличить значение TON в реакциях, катализируемых CuNPs и Cu-MOF. 5) Оптимизация условий аминирования, катализируемого CuNPs и Cu-MOF, позволит вводить в реакции более доступные арилбромиды и, возможно, хлориды, а также даст возможность синтезировать ценные с точки зрения их разнообразноый биологической активности N-(гетеро)арилпроизводные адамантансодержащих аминов и бициклических аминопроизводных терпенового ряда. 6) Разработка оптимальных условий N,N’-ди(гетеро)арилирования линейных диаминов, оксадиаминов и полиаминов в условиях катализа CuNPs и Cu-MOF откроет новый подход к эффективному синтезу этих полезных комплексообразователей с катионами металлов в том числе, для целей спектрального детектирования последних. 7) При изучении каталитического (гетеро)арилирования аминоспиртов будут получены данные о селективности замещения у атома азота в присутствии гидроксигруппы, а также установлено, насколько на селективность влияет природа каталитической системы.

У научного коллектива имеется прочный научный задел по Проекту. На протяжении длительного времени члены научного коллектива исследовали реакции Cu(I)-катализируемого аминирования арилгалогенидов в гомогенных условиях и оптимизировали условия синтеза разнообразных N-(гетеро)арилпроизводных моноаминов, N,N’-ди(гетеро)арилпроизводных диаминов, оксадиаминов и полиаминов. Ими синтезировано большое разнообразие производных адамантансодержащих аминов и диаминов, представляющих значительный интерес с точки зрения их биологической активности. Большое внимание уделялось подбору лигандов, методам очистки целевых соединений. По результатам работы опубликовано порядка 20 статей, обзор достижений суммирован в недавней публикации [1]. В последние полтора года участники Проекта начали разрабатывать новый подход к созданию связи C(sp2)-N при катализе коммерчески доступными свободными наночастицами меди и оксида меди (II) [2-5]. Ими получены предварительные весьма обнадеживающие результаты, показывающие, что в реакциях N-арилирования моноаминов возможно получение целевых продуктов с высокими выходами, проведены первые удачные опыты по рециклизации нанокатализаторов и продемонстрирована возможность многократного их использования (до 9 циклов) без заметного падения выхода. Начаты исследования по вымыванию меди в раствор и показано, что оно не препятствует рециклизации катализатора. Таким образом, предварительные данные по использованию CuNPs и CuO NPs в реакциях аминирования арилиодидов оказались обнадеживающими и дающими основание надеяться на положительный результат дальнейших исследований в этом направлении.