Руководитель
Кадровый состав
В группе работают 15 человек, из них 4 доктора наук, 11 кандидатов наук:
Малышева Светлана Филипповна – д.х.н., ведущий научный сотрудник
Паршина Лидия Никифоровна – д.х.н., ведущий научный сотрудник
Волков Павел Анатольевич – д.х.н., ведущий научный сотрудник
Куимов Владимир Анатольевич – д.х.н., ведущий научный сотрудник
Арбузова Светлана Николаевна – к.х.н., старший научный сотрудник
Белогорлова Наталья Алексеевна – к.х.н., старший научный сотрудник
Верхотурова Светлана Ильясовна – к.х.н., старший научный сотрудник
Грищенко Людмила Анатольевна – к.х.н., старший научный сотрудник
Колыванов Никита Александрович – к.х.н., старший научный сотрудник
Опарина Людмила Андреевна – к.х.н., старший научный сотрудник
Тележкин Антон Алексеевич – к.х.н., старший научный сотрудник
Храпова Ксения Олеговна – к.х.н., старший научный сотрудник
Чернышева Наталья Алексеевна – к.х.н., старший научный сотрудник
Основное направление исследования
Разработка оригинальных реакций прямого фосфорилирования электрофилов элементным фосфором в сверхосновных системах: направленный синтез и развитие химии органических фосфинов, фосфинхалькогенидов и фосфиновых кислот – перспективных лигандов для металлокомплексов, интермедиатов для дизайна высокотехнологичных материалов и прекурсоров лекарственных средств.
Основные научные результаты
1. Реакция Трофимова-Гусаровой: синтез фосфинов и их производных из элементного фосфора
Открыты и разработаны прямые реакции элементного фосфора (белого и красного) с электрофилами (алкены, ацетилены, органические галогениды) в присутствии суперосновных реагентов и каталитических сред, позволяющие легко синтезировать ранее неизвестные или труднодоступные фосфорорганические соединения без использования экологически вредных галогенидов фосфора.
2. Новая технология получения востребованного фосфорорганического лиганда – трис(2-пиридил)фосфина: инновационная альтернатива трифенилфосфину
Разработан высокотехнологичный, экологически безопасный, одностадийный метод синтеза трис(2-пиридил)фосфина – востребованного триподального хелатирующего лиганда, сейчас все шире используемого для получения каталитически и фармакологически активных комплексов благородных, редких и переходных металлов. Метод основан на прямой реакции элементного фосфора с 2-хлорпиридином в суперосновной многофазной каталитической системе. Разработанная технология будет положена в основу малотоннажного производства трис(2-пиридил)фосфина, что будет способствовать его более широкому применению в дизайне катализаторов нового поколения, а также инновационных материалов и лекарств.
Malysheva S.F., Kuimov V.A., Trofimov A.B., Belogorlova N.A., Litvintsev Yu.I., Belogolova A.M., Gusarova N.K., Trofimov B.A. 2-Halopyridines in the triple reaction in the Pn/KOH/DMSO system to form tri(2-pyridyl)phosphine: experimental and quantum-chemical dissimilarities // Mendeleev Commun. 2018, 28, 472-474.
3. Стерео- и региоселективная N- и C(4)-бифункционализация пиридинов электронодефицитными ацетиленами и вторичными фосфинхалькогенидами
Открыта новая трехкомпонентная реакция N-винилирования и C-фосфорилирования пиридинов системой алкилпропиолаты/вторичные фосфинхалькогениды. Реакция протекает без катализатора в мягких температурных условиях (20-50 oC, 3-8 ч) со стерео- и региоселективным образованием (E)-N-этенил-1,4-дигидропиридинов с халькогенофосфорильным заместителем в положении 4 пиридинового кольца.
Функционализированные 1,4-дигидропиридины являются ключевыми структурными элементами широко применяемых в медицинской практике антигипертезивных препаратов (нифедипин, амлодипин). Найденная реакция открывает новые возможности для поиска прекурсоров лекарств нового поколения, а также синтеза полидентных лигандов для дизайна биологически активных металлокомплексов.
Gusarova N.K., Volkov P.A., Ivanova N.I., Arbuzova S.N., Khrapova K.O., Albanov A.I., Smirnov V.I., Borodina T.N., Trofimov B.A. One-pot reductive N-vinylation and C(4)-phosphorylation of pyridines with alkyl propiolates and secondary phosphine chalcogenides. // Tetrahedron Lett. 2015, 56, 4804-4806; Gusarova N.K., Volkov P.A., Ivanova N.I., Khrapova K.O., Telezhkin A.A., Albanov A.I., Trofimov B.A. Structural effect in the reductive vinylation/phosphorylation of pyridines with alkyl propiolates and secondary phosphine chalcogenides: protonation vs. zwitterions generation // Mendeleev Commun. - 2017. - V. 27. - P. 553-555.
4. Региоселективное кросс-сочетание пиридинов с вторичными фосфинхалькогенидами в присутствии ацилацетиленов как окислителей
Открыта новая реакция кросс-сочетания пиридинов с вторичными фосфинхалькогенидами в присутствии ацилацетиленов. Реакция протекает без катализатора в мягких условиях (70-75 oC, ацетонитрил) с региоселективным образованием 4-халькогенофосфорилпиридинов. В этой новой разновидности SNHAr реакции ацилацетилены выступают в качестве окислителей, стереоселективно восстанавливаясь до соответствующих халконов E-конфигурации.
Trofimov B.A., Volkov P.A., Khrapova K.O., Telezhkin A.A., Ivanova N.I., Albanov A.I., Gusarova N.K., Chupakhin O.N. Metal-free site selective cross-coupling of pyridines with secondary phosphine chalcogenides using acylacetylenes as oxidants // Chem. Commun. 2018, 54, 3371-3374.
6. Экологически безопасная технология получения высокоценных органических соединений фосфора
В рамках создания зеленых химических технологий новых поколений разработан экологически безопасный ресурсо- и энергосберегающий синтез высокоценных органических соединений фосфора – триарилфосфинов. Синтез основан на новом химическом явлении – каскадных реакциях безопасного и нетоксичного полимерного фосфора с доступными ароматическими галогенидами в каталитической системе, состоящей из дешевых промышленных компонентов (гидроксид калия/ метилпирролидон). После умеренного нагревания процесс поддерживается за счет выделения тепла и завершается за 30-40 минут.
Триарилфосфины широко применяются для дизайна катализаторов, а также в промышленном синтезе лекарств, витаминов и душистых веществ. Параллельно образующиеся калиевые соли фосфорных кислот – ценное химическое удобрение. Разработанный синтез заменит существующие природоопасные технологии получения трифенилфосфина, основанные на использовании токсичных хлоридов фосфора и пожаровзрывоопасных металлорганических соединений.
[Malysheva S.F., Kuimov V.A., Belogorlova N.A., Albanov A.I., Gusarova N.K., Trofimov B.A. Eur. J. Org. Chem. 2019, 6240–6245 ]. Статья дополнительно помещена на портале ChemistryViews, где комментируются наиболее значимые работы ведущих мировых коллективов.
7. Мицеллярный рециклизуемый катализатор для синтеза длиноцепочечных алкил-Н-фосфиновых кислот на базе элементного фосфора
Разработан многоразовый (рециклируемый) мицеллярный катализатор – моноалкиловые эфиры низкомолекулярных полиэтиленгликолей (ПЭГ) – впервые позволивший реализовать эффективный одностадийный синтез длиноцепочечных алкил-Н-фосфиновых кислот непосредственно из элементного фосфора (Pn, красная модификация) и алкилбромидов в мультифазной системе Pn/алкилбромид/КОН/Н2О/толуол.
Реакция включает разборку полимерных молекул Pn под действием активируемых (за счет комплексообразования катионов калия с ПЭГ лигандами) гидроксид-анионов и последующее алкилирование полифосфид-анионов в органической фазе длинноцепочечными алкилбромидами. Установлено, что в процессе участвуют нормальные (в водной фазе) и обращенные (в органической фазе) мицеллы, включающие полифосфид-анионы и моноэфиры ПЭГ. Органическая фаза, содержащая катализатор, может быть использована многократно.
Технологическими преимуществами разработанного метода являются доступность и безопасность исходных материалов и катализаторов, хемоселективность, рециклируемость каталитической системы и возможность оптимизации ее активности за счет изменения молекулярной массы и структуры эфиров ПЭГ.
Синтезируемые длинноцепочечные алкил-H-фосфиновые кислоты используются для стабилизации наночастиц, модификации поверхностей металлов и их оксидов, а также как сокатализаторы в металлокомплексном катализе.
Kuimov V.A., Malysheva S.F., Belogorlova N.A., Gusarova N.K., Trofimov B.A. Chemoselective synthesis of long-chain alkyl-H-phosphinic acids via one-pot alkylation/oxidation of red phosphorus with alkyl-PEGs as recyclable micellar catalysts // Org. Biomol. Chem. – 2021. – V. 19. – N. 48. – P. 10587-10595. DOI: 10.1039/d1ob01470f
8. Гетероциклические фосфины и фосфиноксиды на основе элементного фосфора: новые потенциальные противоопухолевые и антимикробные препараты
Malysheva S.F., Kuimov V.A., Belovezhets L.A., Belogorlova N.A., Borovskaya M.K., Borovskii G.B.// Bioorganic Chemistry, 2023, 132, 106363. doi.org/10.1016/j.bioorg.2023.106363
Взаимодействием красного фосфора (или вторичных фосфиноксидов) с галогенсодержащими азинами и -азолами синтезирован ряд труднодоступных или неизвестных ранее фосфорсодержащих полифункциональных соединений, содержащих имидазольные, пиразольные, пиридиновые и фосфорорганические группы. Реакции протекают в мягких условиях с получением широкого спектра фосфорорганических соединений с выходами от хороших до отличных. Изучено действие третичных фосфинхалькогенидов и солей фосфония на грамположительные и грамотрицательные микроорганизмы, а также фибробласты кожи человека и культуры опухолевых клеток человека А549. Установлено, что фосфинхалькогениды и соли фосфония, содержащие имидазольные, пиразольные и пиридиновые группы, могут рассматриваться как новые перспективные антибактериальные препараты (МИК 0,15-6,2 мкг/мл). Установлено, что фосфиноксид с тремя метилпиразольными заместителями и метилйодидная соль трис(2-пиридилэтил)фосфония являются перспективными антимикробными соединениями, которые могут быть рекомендованы для доклинических испытаний. Соль трис(2-пиридилэтил)фосфония с длинноцепочечным радикалом (С16) можно отнести к потенциальным противоопухолевым средствам. Эти находки полезны для синтеза новых высокоэффективных препаратов для лечения бактериальных и онкологических заболеваний.
9. Синтез дигидро-3H-пиррол 3-онов
Катализируемое солями палладия и меди кросс-сочетание пропаргиламинов с ароматическими ацилхлоридами (PdCl2, CuI, Ph3P, 40–45 °C) приводит к α-арил(гетарил)аминоацетиленовым кетонам с выходом до 97%. Последние подвергаются циклизации в 1,2,5-триарил(гетарил)-1,2-дигидро-3H-пиррол-3-оны с выходом до 93% после обработки KOH или Et2NH (40–55 °C, этанол).
Также разработан однореакторный метод синтеза пиррол-3-онов (с выходами до 62%) путем последовательной обработки указанных выше α-аминоацетиленовых кетонов ацилхлоридами (PdCl2/CuI/Ph3P) и основанием (КОН) в этаноле.
Гранты за 2017-2021 гг.
Грант РФФИ № 15-03-05591 а "Новые "скорпионоподобные" металлокомплексы на основе трис(гетарил)- и трис[омега-(гетарил)алкил]фосфинов и -фосфиноксидов: синтез и каталитическая активность" (руководитель д.х.н. А.В. Артемьев).
Грант РФФИ № 15-03-01257 а "Консеквентное N-винилирование и C-фосфорилирование азинов и азолов системой электронодефицитные ацетилены/вторичные фосфинхалькогениды: новая методология функционализации фундаментальных гетероциклов" (руководитель д.х.н., проф. Н.К. Гусарова).
Грант РФФИ № 17-03-00739 а "Прямое фосфорилирование алкенил- и алкинилимидазолов и -пиридинов элементным фосфором, Н-фосфинами и их производными: синтез новых функциональных фосфорорганических соединений" (руководитель д.х.н. С.Ф. Малышева)
Грант РНФ № 18-73-1008 "Электрофильные ацетилены как триггеры и окислители в SNHAr-реакциях азинов с РН-нуклеофилами: развитие химии фосфорилированных азинов" (руководитель к.х.н. П.А. Волков)
Грант РФФИ № 18-29-05060 «Исследование возможности создания полиуретановых пен и эластомеров с повышенной устойчивостью к воздействию микробиологических факторов посредством использования комбинированных добавок, включающих дисперсии наночастиц серебра и инкапсуляцией активного вещества» (руководитель к.х.н. Терехов И.В.).
Грант РНФ № 18-73-1008 "Электрофильные ацетилены как триггеры и окислители в SNHAr-реакциях азинов с РН-нуклеофилами: развитие химии фосфорилированных азинов" (руководитель д.х.н. П.А. Волков).
Грант РФФИ № 18-33-00120 мол_а "Разработка оригинальной реакции окислительного кросс-сочетания вторичных фосфинхалькогенидов с полифункциональными соединениями, содержащими несколько HN-, HO- и HS-групп в различных комбинациях" (руководитель к.х.н. К.О. Храпова)
Статьи
Trofimov B.A., Volkov P.A., Telezhkin A.A. Electron-Deficient Acetylenes as Three-Modal Adjuvants in SNH Reaction of Pyridinoids with Phosphorus Nucleophiles // Molecules. – 2021. – V. 26. – P. 6824. DOI: 10.3390/molecules26226824 (Обзор)
Volkov P.A., Khrapova K.O., Telezhkin A.A., Malysheva S.F., Larina L.I., Trofimov B.A. Synthesis of alkyl-H-phosphinic acid alkyl esters from red phosphorus and alkyl bromides // Mendeleev Commun. – 2022. – V. 32. – P. 792-794. DOI: 10.1016/j.mencom.2022.11.028
Volkov P.A., Khrapova K.O., Telezhkin A.A., Bidusenko I.A., Schmidt E.Yu., Albanov A.I., Trofimov B.A. Pd/Cu-Catalyzed Cross-Coupling of Densely Substituted Propargylamines with Aromatic Acyl Chlorides Followed by the Treatment with a Base: Access to Dihydro-3H-Pyrrol-3-Ones // Adv. Synth. Catal. – 2023. – V. 365. – P. 53-67. DOI: 10.1002/adsc.202201179
Kuimov V.A., Malysheva S. F., Belogorlova N.A., Fattakhov R. I., Albanov A. I., Trofimov B. A. Triton-X-100 as an Organic Catalyst for One-Pot Synthesis of Arylmethyl-H-phosphinic Acids from Red Phosphorus and Arylmethyl Halides in the KOH/H2O/Toluene Multiphase Superbase System // Catalysts, 2023, V. 13. – P. 720. doi.org/10.3390/catal13040720.
Malysheva S., Kuimov V., Belovezhets L., Belogorlova N., Borovskaya M., Borovskii G. Phosphine chalcogenides and their derivatives from red phosphorus and functionalized pyridines, imidazoles, pyrazoles and their antimicrobial and cytostatic activity // Bioorganic Chemistry. 2023, 132, 106363. doi.org/10.1016/j.bioorg.2023.106363
Список патентов
Трофимов Б.А., Гусарова Н.К., Опарина Л.А., Колыванов Н.А., Высоцкая О.В. Способ получения виниловых эфиров аминофенолов / Патент № 2640808 (Заявка № 2016146884). Бюл. Изобр. 2018, № 2.
Свистунов А. А., Тарасов В. В., Лебедева С. А., Козин С. В., Мельник С. И., Недорубов А. А., Чубарев В. Н., Курынина К. О., Трофимов Б. А., Паршина Л. Н. Комплексные соединения цинка с N-аллилимидазолом как ранозаживляющие средства // Патент РФ № 2719360 (приоритет от 04.10.2019, зарегистр. 17.04.2020, заявка № 2019131333), Бюл. Изобр. 2020, № 11.
Свистунов А. А., Тарасов В. В., Лебедева С. А., Козин С. В., Мельник С. И., Недорубов А. А., Чубарев В. Н., Курынина К. О., Трофимов Б. А., Паршина Л. Н. Комплексное соединение цинка с N-изопропенилимидазолом как ранозаживляющее средство // Патент РФ № 2725634 (приоритет от 04.10.2019, зарегистр. 03.07.2020, заявка № 2019131335), Бюл. Изобр. 2020, № 19.
