Аннотация
Проект направлен на развитие нового направления в гомогенном металлокомплексном катализе, в основе которого лежит использование заряда на лиганде в качестве метода изменения активности, селективности и стабильности металлокомплексного катализатора. Металлокомплексный катализ широко применяется в фармацевтическом производстве, тонком и промышленном органическом синтезе. Актуальной проблемой катализа, решение которой имеет большое практическое значение для развития химического и фармацевтического производств, является создание высокопроизводительных, селективных и стабильных металлокомплексных катализаторов. Появление заряда на лиганде существенно влияет на электронное состояние металлокомплекса-катализатора, в том числе на активный центр – атом металла, и позволяет, в определенных реакциях, существенно повысить активность, селективность и стабильность каталитической системы. Хотя лиганды, способные к ионизации при изменении кислотности среды, либо несущие «закрепленный» заряд группу, известны давно, контролируемая ионизация лиганда как подход к целенаправленному изменению каталитических свойств ряда важнейших классов каталитических систем (комплексы на основе фосфиновых, NHC и др. лигандов) начал развиваться лишь в последние годы. Целью проекта является создание новых высокоэффективных каталитических систем на основе комплексов никеля, палладия и других переходных металлов c С- и N-донорными лигандами анионного и катионного типов, в том числе способными к ионизации в условиях каталитических реакций, для важнейших реакций органического синтеза. Основное внимание в проекте будет уделяться C-донорным лигандам на основе N-гетероциклических карбенов и N-донорным лигандам на основе азотистых гетероциклов (азинов, азолов, азолоазинов), особенностью которых является наличие в молекулах заряженных групп, либо способных к ионизации в каталитической среде. Задачи проекта включают поиск новых ионизирующихся (ионных) C- и N-донорных лигандов, разработку методов синтеза этих лигандов, синтез и исследование строения комплексов никеля, палладия и других переходных металлов с ионизирующимися лигандами, сравнительное исследование каталитической активности комплексов с ионизирующимися и электронейтральными лигандами в реакциях кросс-сочетания, СН-функционализации, гидрирования и др., изучение механизмов этих реакций, разработку каталитических систем нового поколения и методов синтеза биологически-активных, лекарственных и других практически значимых органических соединений. Подобные комплексные фундаментальные исследования влияния ионизации С- и N-донорных лигандов на каталитические свойства металлокомплексных систем ранее не проводились.

Ожидаемые результаты
В результате реализации проекта будут разработаны методы синтеза и получены новые ионизирующиеся (ионные) C- и N-донорные лиганды для металлокомплексного катализа. Особенностью этих лигандов является их ионный характер, т.е. наличие электрически заряженных либо способных к ионизации в каталитической среде групп. Будут разработаны методы синтеза и получены новые комплексы никеля, палладия и других металлов с ионизирующимися C- и N-донорными лигандами. Будет определено влияние ионного характера лиганда на каталитическую активность полученных металлокомплексов и оценена эффективность подхода, основанного на применении ионизирующихся лигандов, в качестве метода изменения каталитических свойств металлокомплексных катализаторов в ряде важнейших реакций кросс-сочетания, СН-функционализации, гидрирования и др. Будут разработаны каталитические системы нового поколения для синтеза биологически-активных, лекарственных и других практически значимых органических соединений. Ожидаемые результаты имеют важное фундаментальное и практическое значение для металлокомплексного катализа, отвечают мировому уровню исследований и могут быть использованы для создания новых или усовершенствования применяемых технологий в производстве лекарств и других практически значимых продуктов органического синтеза. По результатам исследований будет опубликовано не менее не менее 11 статей в журналах, индексируемых системами Web of Science и Scopus, в том числе RSCI, включая высокорейтинговые журналы Q1, будут выполнены доклады на научных конференциях различного уровня.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
На первом этапе проекта выполнены следующие работы: разработка методов синтеза, синтез и исследование особенностей строения новых азолиевых солей - предшественников N-гетероциклических карбенов (NHC) ряда имидазола и 1,2,4-триазола, содержащих NH-кислотные заместители (ариламино-, ациламино-, алкиламино-, сульфониламино и др.) в гетероциклическом ядре; исследование реакций металлирования полученных RNH-функционализированных NHC пролигандов и синтез новых комплексов Pd/NHC и Ni/NHC, исследование особенностей их строения и способности к ионизации лигандов за счет депротонирования NH-кислотной группы; исследование активности систем Pd/NHC и Ni/NHC на основе новых лигандов, в катализе реакций Сузуки-Мияуры, Бухвальда-Хартвига и альфа-СН-арилирования кетонов с участием арилхлоридов и других деактивированных арилэлектрофилов. Наиболее важные результаты первого этапа проекта: Исследована новая реакция формирования имидазольного цикла, включающая взаимодействие хлорацетонитрила с N,Nʹ-диарилформамидинами. На основе этой реакции разработан метод синтеза ранее недоступных хлоридов 4-амино-1,3-диарилимидазолия (перспективных реагентов для получения RNH-функуионализированных NHC-лигандов). Показана возможность постфункционализации полученных аминоимидазолиевых солей путем ацилирования и сульфонилирования аминогруппы. Разработан новый однореакторный метод синтеза 1,4-диарил-3-ариламино-1,2,4-триазолиевых солей (аналогов Нитрона) на основе последовательных реакций присоединения арилгидразинов к N,Nʹ-диарилкарбодиимидам и конденсации образовавшихся N,Nʹ,Nʹʹ-триариламиногуанидинов без их выделения с триметилортоформиатом. Разработаны методы получения новых комплексов Pd/NHC, Ni/NHC и Cu/NHC, содержащих способную к депротонированию RNH-группу (R = ацил, арилсульфонил, арил, алкил). Экспериментально установлено, что комплексы M/NHC (M = Pd, Ni) с RNH-функционализированными NHC лигандами в высокоосновных средах претерпевают ионизацию карбенового лиганда за счет депротонирования группы RNH. C помощью DFT расчетов показано, что депротонирование ариламиногруппы лиганда триазольного ряда приводит к увеличению энергии сигма-донорного взаимодействия NHC→Pd(II) и увеличению энергии гетеролитической диссоциации связи C(NHC)-Pd в на ~ 6 ккал/моль. Экспериментально и с помощью DFT расчетов показано, что на каталитическую эффективность систем Pd/NHC в реакциях кросс-сочетания с арилхлоридами наибольшее влияние оказывают стерические параметры лиганда и его способность к ионизации за счет депротонирования группы RNH. Только лиганды, содержащие орто-дизамещенные арильные группы такие как Xy, Mes, DiPP и аналогичные при атомах N, соседних с карбеновым центром, показали значительную каталитическую активность. Согласно DFT-расчетам, ионизация NHC приводит к значительному снижению энергетического барьера окислительного присоединения (до 8 ккал/моль в лигандах триазольного типа), но к увеличению энергетического барьера восстановительного элиминирования. https://vchlab.ru/ https://nauka.tass.ru/nauka/19011931

Публикации

1. М.А. Шевченко, Д.В. Пасюков, И.В. Лаврентьев, М.Е. Миняев, В.М. Чернышев* Синтез хлоридов 4-амино-1,3-диарилимидазолия Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах, - (год публикации - 2024)

2. Пятаченко А.С., Черненко А.Ю., Солиев С.Б., Миняев М.Е., Чернышев В.М. Nickel(II) complexes with novel nitron-type NHC ligands: synthesis and catalytic activity in the Suzuki–Miyaura coupling of aryl chlorides Mendeleev Communications, - (год публикации - 2024)

3. К.Е. Шепеленко, И.Г. Гнатюк, К.А. Николаева, В.М.Чернышев NOVEL APPROACHES TO TRANSITION-METAL CATALYSED C-H FUNCTIONALIZATION OF FURAN CORE IN FURAN PLATFORM CHEMICALS BOOK OF ABSTRACTS «New Emerging Trends in Chemistry» Conference (NewTrendsChem-2023), BOOK OF ABSTRACTS September 24-28, 2023, Yerevan, Armenia «New Emerging Trends in Chemistry» Conference (NewTrendsChem-2023), page 64 (год публикации - 2023)

4. - Разработаны катализаторы, которые упростят производство препаратов от рака ТАСС наука, МОСКВА, 14 октября. /ТАСС/. (год публикации - )