КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 17-13-01041

НазваниеФоторедокс-реакции в синтезе фторорганических соединений

РуководительДильман Александр Давидович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2017 г. - 2019 г. 

Конкурс№18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений

Ключевые словасинтетические методы, фоторедокс-реакции, фторорганические соединения

Код ГРНТИ31.21.19


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект посвящен разработке синтетических методов, основанных на фоторедокс-реакциях — процессах, в которых катализатор, возбужденный при действии света, является переносчиком электрона. Фотовозбужденная каталитическая частица вначале отдает электрон на субстрат, а затем забирает электрон, что приводит к конечному продукту. В качестве ключевых субстратов для осуществления фоторедокс-процессов рассматриваются фторзамещенных фосфониевые соли или эквивалентные иодиды. Необходимые субстраты получаются за счет присоединения фторированного фрагмента по карбонильной группе. Планируется осуществить реакции, в которых совободнорадикалные частицы, генерируемые в результате фотокаталитческого восстановления, перехватываются как межмолекулярно, так и внутримолекулярно. Внутримолекулярная реакция реализуется за счет привязки перехватчика временным кремниевым звеном. Фоторедокс-процессы представляют очень удобный способ проведения реакций, которые сложно или невозможно осуществить классическими методами. Фоторедокс — молодая и бурно развивающаяся область органического синтеза, а изучение фотокаталитических систем является актуальной задачей.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будет разработана серия синтетических методов, основанных на фоторедокс-рекциях. Особенностью этих процессов является доступность источников света, в качеств которых будут применяться флуоресцентные лампы и светодиодные ленты. Будут предложены методы синтеза дифторсодержащих спиртов, включающий внутримолекулярный перехват дифторированного радикала на функциональную группу, присоединенную за счет кремниевого звена. Будут предложены методы получения различных дифторфосфониевых солей, которые будут выступать как предшественники для генерации фторированных радикалов в условиях фотовосстановления. Будут изучены закономерности, влияющие на эффективность гомолитического распада связи углерод-фосфор в дифторзамещенных фосфониевых солях. Фоторедокс-катализ являются очень популярным и интенсивно развивающимся направлением. Поэтому уровень проекта соответствует мировому. Запланированные результаты будут опубликованы в ведущих международных изданиях. Разрабатываемые методы сделают доступными широкий спектр фторорганических соединений, которые сложно получить другими методами. Соединения, содержащие фторорганические заместители, крайне востребованы для медицинской химии, поэтому получающие структуры могут найти приложения в качестве компонентов для дизайна лекарственных препаратов.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Разработан эффективный метод получения дифторированных спиртов, содержащих винильный фрагмент по фотопромотируемой реакции замены атома иода на винильную группу. Метод реализуется в одну лабораторную стадию, путем последовательного добавления реагентов. Спирты, содержащие иододифторметильную группу силилируются при действии винилдиметилхлорсилана. Образующиеся силиловые эфиры подвергаются облучению светодиодами в присутствии фотокатализатора, что приводит к винилдифторметил-замещенным спиртам. Предложен способ генерации нового фторзамещенного радикального интермедиата — триметилсилилдифторметильного радикала. Этот радикал возникает при облучении бром- или иоддифторметилсилана светодиодами в присутствии комплекса N-гетероциклического карбена с бораном. Дифторзамещенный радикал может присоединяться по двойной связи электронодефицитных алкенов. Получающиеся продукты были трансформированы в различные фторорганические соединения как за счет активации связи кремний-углерод, так и за счет реакций по функциональной группе, не затрагивая силильный фрагмент. Разработан метод синтеза 3-фторпиридинов на основе фоторедокс-реакции α,α-дифтор-β-иодкетонов с силиленолятами. Процесс проводится по методике one-pot путем последовательного проведения фоторедокс-реакции и стадии образования пиридинового кольца. Метод позволяет получать широкий спектр структурно разнообразных 3-фторпиридинов с высокими выходами. Разработан общий подход к генерации новых типов фторфосфониевых солей из карбоновых кислот. Процесс включает первоначальную трансформацию кислот в соответствующие хлорангидриды, которые вовлекаются в реакцию с бромдифторметилсиланом и трифенилфосфином в присутствии диметилпропиленмочевины. Фторфосфониевые соли были гидролизованы в при обработке водой в присутствии пиридина, что приводит к бис(дифторметилированным) спиртам. Для фторированных соединений, содержащих связи углерод-иод и углерод фосфор измерены потенциалы восстановления методом циклической вольтампертометрии. Проведены измерения тушения флуоресценции фотокатализатора под воздействием дифторзамещенного органического иодида методом Штерна-Фольмера. Получена серия трифторметил-замещенных фосфинов, которые были изучен в реакции образования дифторированных фосфониевых солей при взаимодействии с альдегидами и бромдифторметилтриметилсиланом. Показано, что введение дополнительных трифторметильных групп в ароматическое кольцо трифенилфосфина приводит к замедлению скорости образования соответствующих фосфониевых солей.

 

Публикации

1. Панферова Л.И., Стручкова М.И., Дильман А.Д. Vinylation of Iododifluoromethylated Alcohols via a Light-Promoted Intramolecular Atom-Transfer Reaction Synthesis, V. 49 (18), pp 4124–4132 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1055/s-0036-1590855

2. Супранович В.И., Левин В.В., Стручкова М.И., Корлюков А.А., Дильман А.Д. Radical Silyldifluoromethylation of Electron-Deficient Alkenes Organic Letters, Vol. 19, issue 12, pp 3215–3218. (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1021/acs.orglett.7b01334

3. Трифонов А.Л., Левин В.В., Стручкова М.И., Дильман А.Д. Difluoromethylation of Carboxylic Acids via the Addition of Difluorinated Phosphorus Ylide to Acyl Chlorides Organic letters, Vol. 19, issue 19, pp 5304–5307 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1021/acs.orglett.7b02601

4. Цымбал А.В., Левин В.В., Стручкова М.И., Кокорекин В.А., Корлюков А.А., Дильман А.Д. Reductive silylation of gem-difluorinated phosphonium salts Journal of Fluorine Chemistry, - (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2017.11.009

5. Щербинина С.И., Федоров О.В., Левин В.В., Кокорекин В.А., Стручкова М.И., Дильман А.Д. Synthesis of 3-Fluoropyridines via Photoredox Mediated Coupling of α,α-Difluoro-β-iodoketones with Silyl Enol Ethers The Journal of Organic Chemistry, - (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1021/acs.joc.7b02467


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Разработан метод замещения атома иода в иододифторметильных спиртах на аллильный фрагмент. Реакция включает первоначальное образование силиловых эфиров при обработки спиртов аллил(диметил)хлорсиланом в присутствии триэтиламина. Силиловые эфиры претерпевают внутримолекулярный перенос аллильной группы от атома кремния к углероду при облучении светом с длиной волны 400 нм в присутствии иридиевого фотокатализатора. После стадии десилилирования при действии фтористого тетрабутиламмония (Bu4NF) получаются дифторзамещенные спирты с хорошими выходами. Следует отметить, что все стадии процесса проводятся в одной колбе по методике one pot. Разработан метод получения 3,3-дифтортетрагидрофуранов, основанный на фоторедокс реакции иододифторметил-замещенных спиртов с 1,1-диарилэтиленами. Реакция проводится при облучении светом с длиной волны 400 нм в присутствии каталитических количеств катионного иридиевого фотокатализатора, трифенилфосфина и трифторацетата натрия, который выступает в качестве основания. Предложена новая концепция генерации трифторметильных радикалов за счет одноэлектронного восстановления соединений бора. В качестве ключевых субстратов исследовались борорганические соединения, содержащие пиридин-N-оксидный фрагмент. Разработан метод метокситрифторметилирования двойной связи, основанный на использовании комплекса бора, содержащего трифторметильный заместитель. Изучена область применения данного процесса. Показано, что кроме трифторметильной группы другие перфторированные фрагменты также могут участвовать в реакции метоксифторалкирирования алкенов. Проведена реакция введения трифторметильной группы в α-положение кетонов посредством фоторедкс генерации трифторметильного радикала из борного комплекса с последующим присоединением по двойной связи силиленолятов. В результате этих реакции получены α-CF3-кетоны с хорошими выходами. Подтверждена генерация CF3-радикала его перехватом на стабильный нитроксильный радикал (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ил)оксил) и N-метиланилид метакриловой кислоты.

 

Публикации

1. Панферова Л.И., Стручкова М.И., Дильман А.Д. Light-Promoted Allylation of Iododifluoromethylated Alcohols European Journal of Organic Chemistry, issue 27-28, pp.3834-3836. (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1002/ejoc.201800543

2. Панферова Л.И., Чернов Г.Н., Кокорекин В.А., Дильман А.Д. Photoredox mediated annelation of iododifluoromethylated alcohols with 1,1-diarylethylenes Tetrahedron, issue 50, vol. 74, pp. 7136-7142. (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1016/j.tet.2018.10.062

3. Смирнов В.О., Маслов А.С., Кокорекин В.А., Корлюков А.А., Дильман А.Д. Photoredox generation of the trifluoromethyl radical from borate complexes via single electron reduction Chemical Communications, issue 18, vol. 54, pp. 2236–2239 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1039/c8cc00245b


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Разработан метод синтеза 3,3,4,4-тетрафтортетрагидрохинолинов из α-бромтетрафторэтил-N-арил-замещенных аминов в фоторедокс условиях. Реакция проводится при облучении синими светодиодами в присутствии каталитических количеств (0.5 мольных %) фотокатализатора. В качестве основания использовался карбонат натрия, который связывает выделяющийся бромистый водород. Реакция протекает через образование фторозамещённого свободного радикала, который внутримолекулярно атакует по ароматическому кольцу. Предложен универсальный метод фотокаталитического присоединения хлор-, бром-, и иоддифторметильной группы (CF2X) к карбонильным соединениям. Метод включает реакцию альдегидов с дифтор-замещенным фосфорным реагентом в присутствии хлорсилана. Возникающая фосфониевая соль при облучении светом с длиной волны 400 нм в присутствии каталитических количеств соли меди(I) претерпевает замену фосфониевого фрагмента на галогенид-анион. Ключевой стадией реакции замещения фосфора на галоген является генерация фторированного радикала за счет фото-промотируемого переноса электрона от медного ат-комплекса на фосфониевую соль. Для реакции дифторметилирования карбонильных соединений найдены фоторедокс-условия, в которых используется каталитическое количество трифенилфосфина, необходимого для генерации нуклеофильной частицы – илида фосфора. Проведена вариация всех компонентов – фотокатализатора, стехиометрического восстановителя, источника света. В качестве восстановителя оптимальным оказался 3-метил-2-фенил-2,3-дигидробензо[d]тиазол, способный отдавать атом водорода на фторированный радикал. Оптимальным фотокатализатором является N-фенилфенотиазин, который может запускать фоторедокс процесс при облучении светом с длиной волны 400 нм.

 

Публикации

1. В.И. Супранович, А.Д. Дильман Synthesis of tetrafluorinated tetrahydroquinolines via photoredox catalysis Mendeleev Communications, v. 29, issue 5, pp 515-516 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1016/j.mencom.2019.09.012

2. Л.И. Панферова, В.В. Левин, М.И. Стручкова, А.Д. Дильман Light-mediated copper-catalyzed phosphorus/halogen exchange in 1,1-difluoroalkylphosphonium salts Chemical Communications, v. 55, issue 9, pp. 1314-1317 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1039/c8cc09115c


Возможность практического использования результатов
не указано