Группа химии ацетилена

Details
Category: Научные подразделения

Руководитель

д.х.н.

Шмидт Елена Юрьевна

главный научный сотрудник

lschmidt@irioch.irk.ru

(3952) 42-59-31

Кадровый состав

В группе работают 12 человек, из них 2 доктора наук, 9 кандидатов наук и 1 аспирант:

Шмидт Елена Юрьевна – главный научный сотрудник, д.х.н., доцент

Афонин Андрей Валерьевич – главный научный сотрудник, д.х.н., проф.

Бидусенко Иван Анатольевич – старший научный сотрудник, к.х.н.

Дворко Марина Юрьевна – старший научный сотрудник, к.х.н.

Иванова Евгения Евгеньевна – научный сотрудник, к.х.н.

Лобанова Наталья Александровна – научный сотрудник, к.х.н.

Процук Надежда Ильинична – старший научный сотрудник, к.х.н.

Семенова Надежда Викторовна – старший научный сотрудник, к.х.н.

Татаринова Инна Валерьевна – старший научный сотрудник, к.х.н.

Ушаков Игорь Алексеевич – ведущий научный сотрудник, к.х.н.

Шабалин Дмитрий Андреевич – старший научный сотрудник, к.х.н.

Самульцева Софья Олеговна – аспирант, м.н.с.

005

Основное направление исследований

Поиск и изучение новых реакций и создание на их основе оригинальных методов получения синтетически и фармацевтически важных функционализированных карбо- и гетероциклических систем. В основу разрабатываемых методов положены реакции ацетилена (промышленно доступного энергонасыщенного C2-синтона), его гомологов и функциональных производных с кетонами и их аза-производными (иминами и оксимами) в условиях активации реагентов суперосновными каталитическими системами.

Основные научные результаты за 2014-2023 гг.

1. Нуклеофильное присоединение ацетиленов к двойной азот-углеродной связи (аза-реакция Фаворского): от первых примеров к новой химии

Впервые реализован эффективный, однореакторный, без использования переходных металлов синтез вторичных пропаргиламинов из кетиминов и ацетиленов в суперосновной системе KOBut/DMSO, протекающий в мягких условиях с высокими выходами аддуктов. Реакция включает нуклеофильное присоединение ацетиленовых карбанионов, генерируемых под действием супероснования, к связи C=N и является первым примером аза-реакции Фаворского. В случае альдиминов образующиеся пропаргиламины претерпевают быструю ацетилен-аллен-азадиеновую изомеризацию, обеспечивая экспериментально простой путь к синтетически ценным 1-азадиенам, продуктам реакции образования связи Csp2-Csp2. Присутствие бензильного фрагмента при атоме азота кетиминов открывает возможность протекания иной реакции образования связи Csp2-Csp2, инициируемой генерированием анионов азааллильного типа из бензилкетиминов в суперосновных условиях.

                                        1-1       

  •  Bidusenko I.A., Schmidt E.Yu., Ushakov I.A., Trofimov B.A. Transition-metal-free addition of acetylenes to ketimines: the first base-catalyzed ethynylation of the C=N bond // Eur. J. Org. Chem. – 2018. – P. 4845-4849.
  • Schmidt E.Yu., Bidusenko I.A., Protsuk N.I., Demyanov Y.V., Ushakov I.A., Trofimov B.A. Superbase-promoted addition of acetylene gas to the C=N bond // Eur. J. Org. Chem. – 2019. – P. 5875-5881.
  • Schmidt E.Yu., Bidusenko I.A., Protsuk N.I., Demyanov Y.V., Ushakov I.A., Vashchenko A.V., Trofimov B.A. Transition-metal-free superbase-catalyzed C-H vinylation of aldimines with acetylenes to 1-azadienes // J. Org. Chem. – 2020. – V. 85. – P. 3417-3425.
  • Bidusenko I.A., Schmidt E.Yu., Protsuk N.I., Ushakov I.A., Vashchenko A.V., Afonin A.V., Trofimov B.A. KOBut/DMSO-Mediated α-C-H vinylation of N-benzyl ketimines with acetylene gas: stereoselective synthesis of (E,Z)-2-azadienes // Org. Lett. – 2020. – V. 22. – P. 2611-2614.
  • Bidusenko I.A., Schmidt E.Yu., Ushakov I.A., Vashchenko A.V., Trofimov B.A. Base-catalyzed [3+2] cycloaddition of N-benzyl ketimines to arylacetylenes followed by oxidation: a one-pot access to polyarylated 2H-pyrroles via intermediate pyrrolines // Org. Lett. – 2021. – V. 23. – N. 11. – P. 4121-4126.
  • Bidusenko I.A., Schmidt E.Yu., Ushakov I.A., Vashchenko A.V., Protsuk N.I., Orel V.B., Vitkovskaya N.M., Trofimov B.A. Semistabilized diazatrienyl anions from pyridine imines and acetylenes: an access to (Z)- stilbene/imidazopyridine ensembles, benzyl imidazopyridines, and beyond // J. Org. Chem. – 2022. – V. 87. – P. 12225-12239.

2. Диастереоселективная основно-каталитическая самоорганизация ацетиленов и кетонов в 6,8-диоксабицикло[3.2.1]oктаны как основа синтеза высокофункционализированных молекулярных систем

Разработаны атом-экономные, энергосберегающие и экологически безопасные методологии синтеза глубоко функционализированных молекулярных систем, а именно, однореакторный синтез бициклических нитронов нового типа (схема 2.1), каскадная сборка мостиковых дигидрооксадиазинов (схема 2.2), синтез ацилциклопентадиенов (схема 2.3), синтез N-аминоиндолов (схема 2.4), стереоселективный синтез полизамещенных (Z,E)-диенильных производных 6,8-диоксабицикло[3.2.1]октанов (схема 2.5). Общей отличительной чертой разработанных методов является их инициация однореакторной мультимолекулярной диастереоселективной самоорганизацией 6,8-диоксабицикло[3.2.1]oктанов из газообразного ацетилена и кетонов в суперосновной каталитической системе KOH/DMSO. Синтезированные молекулярные системы перспективны в качестве высокоактивных строительных блоков в синтезе лекарств, важных природных и биологически активных молекул, а также как ловушки свободных радикалов, генерируемых в живых организмах.                                                               

  • 2-1Schmidt E.Yu., Bidusenko I.A., Ushakov I.A., Vashchenko A.V., Trofimov B.A. Decorated cyclopentadienes from acetylene and ketones in just two steps // Org. Lett. – 2017. – V. 19. – P. 3127-3130.
  • Schmidt E.Yu., Tatarinova I.V., Semenova N.V., Protsuk N.I., Ushakov I.A., Trofimov B.A. Exploring acetylene chemistry: a transition metal-free route to dienyl 6,8-dioxabicyclo[3.2.1]octanes from ketones and acetylenes // J. Org. Chem. – 2018. – V. 83. – P. 10272-10280.
  • Schmidt E.Yu., Semenova N.V., Tatarinova I.V., Ushakov I.A., Vashchenko A.V., Trofimov B.A. Toward acetylene renaissance: functionally rich N-aminoindoles from acetylene gas, ketones, and hydrazines in two steps // Org. Lett. – 2019. – V. 21. – P. 4275-4279.
  • Schmidt E.Yu., Semenova N.V., Ivanova E.V., Tatarinova I.V., Ushakov I.A., Vashchenko A.V., Trofimov B.A. Acetylene-based two-step diastereoselective synthesis of bridgehead dihydro-oxadiazines using ketones and hydrazine as the only reactants // Chem. Commun. – 2019. – V. 55. – P. 2632-2635.
  • Schmidt E.Yu., Tatarinova I.V., Ushakov I.A., Vashchenko A.V., Trofimov B.A. Oxaazabicyclooctene oxides, another type of bridgehead nitrones: diastereoselective assembly from acetylene gas, ketones, and hydroxyl amine // J. Org. Chem. – 2020. – V. 85. – P. 6732-6740.
  • Tatarinova I. V., Lobanova N.A., Ushakov I. A., Schmidt E.Yu., Trofimov B. A. Diastereomerically pure rarely functionalized alkenoyl dihydropyrans, 1,6-diketones, and cyclopentanes from acetylene gas and ketones // Org. Biomol. Chem. – 2022. – V. 20. – P. 6593-6605.
  • Schmidt E.Yu., Bidusenko I.A., Protsuk N.I., Ushakov I.A., Trofimov B.A. Concise assembly of 7-ethynyl-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]octanes from acetylenes and ketones // Org. Biomol. Chem. – 2023. – V. 21.

3. Регио- и стереоселективная C-H функционализация кетонов (гет)арилацетиленами в суперосновных средах как универсальная платформа тонкого органического синтеза

Открыта новая общая реакция формирования углерод-углеродной связи – регио- и стереоселективное нуклеофильное присоединение кетонов к арил- и гетарилацетиленам, приводящее к образованию β,γ-этиленовых кетонов. Среди преимуществ данной реакции следует отметить простоту и доступность исходных реагентов и каталитических систем, легкость проведения эксперимента (отсутствие необходимости использования инертной атмосферы и специальной подготовки растворителей) и выделения целевых продуктов, высокие препаративные выходы при высоких степенях регио- и стереоселективности. В настоящее время реакция стала основой для разработки однореакторных синтезов самых разнообразных карбо- и гетероциклических систем, таких как 2-пиразолин-1-карбальдегиды (схема 3.1), ацилированные терфенилы (схема 3.2), изоксазолины (схема 3.3), 2,4,6-триарилпиридины (схема 3.4), 2-аминопиримидины (схема 3.5) и полиарилированные гетероциклы (через дополнительную стадию ацилирования, схема 3.6).

                                                                  atsitilen-3 

  • Schmidt E. Yu., Tatarinova I. V., Ivanova E. V., Zorina N. V., Ushakov I. A., Trofimov B. A. A one-pot approach to Δ2-isoxazolines from ketones and arylacetylenes // Org. Lett. – 2013. – V. 15. – P. 104-107.
  • Schmidt E. Yu., Ivanova E. V., Tatarinova I. V., Semenova N. V., Ushakov I. A., Protsuk N. I., Trofimov B. A. Base-catalyzed addition of ketones to alkynes as a key step in the one-pot synthesis of 1-formyl-2-pyrazolines // Synthesis. – 2015. – V. 47. – P. 1329-1336.
  • Schmidt E. Yu., Ivanova E. V., Tatarinova I. V., Ushakov I. A., Semenova N. V., Vashchenko A. V., Trofimov B. A. Synthesis of acyl terphenyls and higher polyaromatics via base-promoted C–H functionalization of acetylarenes with arylacetylenes // Org. Lett. – 2016. – V. 18. – P. 2158-2160.
  • Schmidt E. Yu., Tatarinova I. V., Protsuk N. I., Ushakov I. A., Trofimov B. A. A one-pot synthesis of 2-aminopyrimidines from ketones, arylacetylenes, and guanidine // J. Org. Chem. – 2017. – V. 82. – P. 119-125.
  • Shabalin D. A., Ivanova E. V., Ushakov I. A., Schmidt E. Yu., Trofimov B. A. Retrosynthetic analysis of α-alkenyl-β-diketones: regio- and stereoselective two-step synthesis of highly arylated representatives from acetylenes, ketones, and acyl chlorides // J. Org. Chem. – 2020. – V. 85. – P. 8429-8436.
  • Shabalin D. A., Dvorko M. Yu., Schmidt E. Yu., Trofimov B. A. Regiocontrolled synthesis of 2,4,6-triarylpyridines from methyl ketones, electron-deficient acetylenes and ammonium acetate // Org. Biomol. Chem. – 2021. – V. 19. – P. 2703-2715.

4. Неароматические азагетероциклы на основе оксимов кетонов и ацетилена: синтез и химические трансформации

Созданы общие методы синтеза труднодоступных неароматических азагетероциклов (3Н-пирролов и гидроксипирролинов) на основе реакции ацетилена с кетоксимами, содержащими только одну С-Н связь в α-положении к оксимной функции. Реакция протекает в мультифазных суперосновных системах типа MOH/ДМСО/н-гексан под давлением ацетилена. Предложены удобные и безопасные синтезы 3Н-пирролов и гидроксипирролинов с использованием ацетилена при атмосферном давлении или карбида кальция в качестве «зеленого» эквивалента ацетилена.

Показано, что синтезированные 3Н-пирролы и 5-гидроксипирролины являются уникальными строительными блоками, открывающими широкие возможности для поиска эффективных и экологически приемлемых методов синтеза прекурсоров новых фармацевтических препаратов, в частности, синтетических пирролиновых алкалоидов и 1,4-дигидропиридазинов.

  •                                                                                           4-1Shabalin D. A., Dvorko M. Yu., Zolotareva E. E., Ushakov I. A., Vashchenko A. V., Schmidt E. Yu., Trofimov B. A. Metal-free selective synthesis of 1,4-dihydropyridazines from hydroxypyrrolines and hydrazines // Eur. J. Org. Chem. – 2017. – P. 4004-4010.
  • Dvorko M. Yu., Shabalin D. A., Schmidt E. Yu., Ushakov I. A., Trofimov B. A. Synthesis of uniquely functionalized pyrrolines from hydroxypyrrolines // Eur. J. Org. Chem. – 2017. – P. 4609-4616.
  • Shabalin D. A., Kuzmin A. V., Schmidt E. Yu., Trofimov B. A. Non‐aromatic 3H‐pyrroles in the reaction with nucleophiles: is high reactivity a myth? // Eur. J. Org. Chem. – 2019. – P. 2305-2312.
  • Borisova M. A., Ryabukhin D. S., Ivanov A. Yu., Boyarskaya I. A., Shabalin D. A., Zelenkov L. E., Schmidt E. Yu., Trofimov B. A., Vasilyev A. V. Transformations of 5-hydroxy-1-pyrrolines in strong Brønsted acids: experimental and theoretical study of intermediate cationic species // Eur. J. Org. Chem. – 2022. – № 30. – e202200468.
  • Shabalin D. A., Kazak M. K., Ushakov I. A., Vashchenko A. V., Schmidt E. Yu. Synthesis of pyrrolo[2,1-a]isoquinolinium salts from 1-pyrrolines and alkynes via rhodium-catalyzed C-H functionalization/N-annulation tandem reaction // J. Org. Chem. – 2022. – V. 87. – № 10 – P. 6860-6869.
  • Ivanova E. E., Shabalin D. A., Ushakov I. A., Vashchenko A. V., Schmidt E. Yu., Trofimov B. A. // Diastereoselective synthesis of tetrahydropyrrolo[1,2-d]oxadiazoles from functionalized Δ1-pyrrolines and in situ generated nitrile oxides // Org. Biomol. Chem. – 2023. – V. 21. – P. 1725-1736.

 Гранты 

Грант РНФ 21-73-00008 «Родий-катализируемая C-H функционализация/N-аннелирование азагетероциклов под действием ацетиленов: от фундаментальных проблем к прикладным аспектам» (руководитель к.х.н. Д.А. Шабалин).

Грант РНФ 19-13-00052 «Аза-реакция Фаворского - нуклеофильное присоединение ацетиленов к двойной азот-углеродной связи: фундаментальные закономерности, синтетические следствия и перспективы» (руководитель акад. Б.А. Трофимов).

Грант РНФ 18-73-00010 «Циклические азапентадиены: новые реагенты для тонкого органического синтеза» (руководитель к.х.н. Д.А. Шабалин).

Грант РФФИ 18-33-00100 «Основно-каталитические однореакторные синтезы непредельных синтонов на основе реакции кетонов, ацетиленов и углерод-центрированных электрофилов» (руководитель к.х.н. Е.В. Иванова).

Грант РФФИ 18-33-00089 «Кислотно-каталитическая рециклизация пирролинов под действием бинуклеофилов как новая стратегия синтеза функционализированных гетероциклов» (руководитель к.х.н. Д.А. Шабалин).

Грант РФФИ 16-33-00449 «Исследование фундаментальных закономерностей и синтетического потенциала основно-каталитической однореакторной сборки фуранов из кетонов и ацетилена» (руководитель к.х.н. И.А. Бидусенко).

Защиты диссертаций

Диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Иванова Е.В. «Стереоселективное нуклеофильное присоединение кетонов к арилацетиленам» (2012).

Бидусенко И.А. «Реакции третичных пропаргиловых спиртов в суперосновных средах: циклодимеризация, ацетализация, винилирование» (2013).

Павлов Д.В. «Структурные исследования ряда непредельных азотсодержащих соединений с использованием теоретических химических сдвигов ЯМР» (2014).

Шабалин Д.А. «Синтез труднодоступных пиррольных систем с участием ацетиленов» (2015).

Черимичкина Н.А. «Основно-каталитические однореакторные синтезы новых карбо- и гетероциклических систем с участием кетонов и ацетилена» (2017).

Иванова Е.Е. «Кислотно-каталитическая рециклизация 5-гидроксипирролинов под действием гидразинов и их производных: синтез 1,4-дигидропиридазидов» (2021).

 

Обзоры

Schmidt Yu., Trofimov B. A. Acetylene in organic synthesis. From the chaos of small molecules to highly organized structures. A review // Doklady Chemistry. – 2022. – V. 505. – P. 127-145. DOI: 10.1134/S0012500822700069

Shabalin D. A. Recent advances and future challenges in the synthesis of 2,4,6-triarylpyridines // Org. Biomol. Chem. – 2021. – V. 19, № – P. 8184-8204. DOI: 10.1039/D1OB01310F

Shabalin D. A., Camp J. E. Recent advances in the synthesis of imidazoles // Org. Biomol. Chem. – 2020. – V. 18, № 21. – P. 3950-3964. DOI:10.1039/D0OB00350F

Trofimov B. A., Schmidt E. Yu. Acetylenes in the superbase-promoted assembly of carbocycles and heterocycles // Acc. Chem. Res. – 2018. – V. 51, № 5. – P. 1117-1130. DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00618