Химики нашли идеальные условия для реакции заимствования водорода

5 сентября 2022
52

Химики из России исследовали реакцию заимствования водорода, нужную для образования связей углерод-азот. Они выяснили, что часто для нее вообще не нужен катализатор, а также разработали рекомендации для успешного проведения реакции в лаборатории. Исследование опубликовано в журнале Journal of Catalysis.

Органические соединения, содержащие в структуре молекулы аминогруппу NH2 могут реагировать со спиртами с образованием связи углерод-азот и отщеплением воды. Этот процесс называют реакцией заимствования водорода (borrowing hydrogen), потому что протекает он через окисление и восстановление реагирующих веществ с формальным переносом молекулы водорода. Один из возможных механизмов этой реакции такой: сначала спирт отдает молекулу водорода переносчику — катализатору или, например, молекуле кислорода, а сам превращается в альдегид. Затем происходит реакция амина с альдегидом при содействии основания, и образуется двойная связь углерод-азот, а потом двойная связь восстанавливается до одинарной под действием водорода, связанного с переносчиком. В результате получается замещенный амин.

Чаще всего для проведения реакции заимствования водорода используют металлоорганические катализаторы на основе дорогих металлов, которые как раз и выступают переносчиками водорода. Но известны случаи, когда эта реакция идет сама по себе в присутствии кислорода и основания. Причем предсказывать, нужен ли металлоорганический катализатор для проведения этой реакции между конкретными веществами, химики не умеют, и им приходится проводить эксперимент наугад.

Этой проблемой решили заняться химики под руководством Дениса Чусова (D. A. Chusov) из группы эффективного катализа Института элементоорганических соединений имени Несмеянова РАН. Они предположили, что во многих случаях для этой реакции металлоорганический катализатор не нужен. И чтобы проверить свою гипотезу, ученые оптимизировали условия реакции заимствования водорода между анилином — простейшим ароматическим амином — и бензиловым спиртом. Оказалось, что реакция между ними легко идет без металлоорганического катализатора при температуре в 90 градусов Цельсия, а продукт получается с выходом в 89 процентов. При этом для реакции оказался важен выбор растворителя — в неполярных растворителях, например, хлорбензоле, реакция шла гораздо лучше, чем в полярных, например, метаноле.