Ученые открыли химическую змейку Рубика, из которой можно «складывать» новые гетероциклические молекулы

9 августа 2021
53

Химики СПбГУ открыли новый тип реакций, в результате которых можно синтезировать сложные полициклические органические молекулы. Исходник представляют собой ненасыщенные соединения, то есть с двойными или тройными межуглеродными связями, которые по своей структуре напоминают змейку Рубика. Эта реакция позволила ученым всего за один шаг превратить легкодоступные и широко применяемые в химии гетероароматические 2D-молекулы в экзотические и ранее неизвестные мостиковые 3D-структуры. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Organic Letters.

Перициклические реакции в органической химии позволяют всего в одну стадию синтезировать сложные циклические и полициклические молекулы из более простых с полным сохранением всех атомов. Исследовательская группа из Санкт-Петербургского государственного университета показала, что в такие реакции очень активно вступают сопряженные азаполиены — органические соединения с чередующимися одинарными и двойными углерод-углеродными связями, в которых часть атомов углерода заменена на атомы азота. При этом молекула азотсодержащего полиена, в отличие от его полностью углеродного аналога, становится похожа на известную головоломку — змейку Рубика, из которой можно собирать самые причудливые 2D- и 3D-конструкции. 

Ученые нашли простой способ химическим путем получать такие азотсодержащие полиены из простых и доступных гетероароматических соединений: пиразолов и триазолов. Синтезированные таким образом «змейки Рубика» самопроизвольно «укладываются» в высоко ненасыщенные (имеющие несколько двойных связей) мостиковые бициклические, то есть с двумя циклами, структуры. Эти соединения по строению напоминают алкалоиды, поэтому потенциально могут обладать биологической активностью и использоваться в медицинской химии. Кроме того, оказалось, что на их основе можно синтезировать еще более сложные циклические молекулы, которые имеют в своем составе атомы бора и цинка.

«Мы обнаружили процесс самосборки полностью сопряженных азотсодержащих полиенов. При этом образуются высоко ненасыщенные мостиковые бициклические структуры — это, очевидно, лишь только начало удивительной химии этих молекул. В последующих экспериментах мы показали, что, варьируя гетероатомы, то есть атомы азота и кислорода, а также заместители в азаполиене, можно «уложить» его не только в би-, но и трициклическую мостиковую структуру. К сожалению, такие молекулы нестабильны, но мы предполагаем, что добиться их стабильности можно, если немного удлинить углеродную цепь исходного азаполиена. Нет сомнений, что химическая "змейка Рубика" еще удивит нас своими способностями формировать целый мир удивительных по строению молекул», — рассказывает руководитель гранта РНФ Михаил Сергеевич Новиков, доктор химических наук, профессор Института химии СПбГУ, руководитель лаборатории азаполиеновых и илидных интермедиатов.