Хіміки створили реакцію, яка зберігає стереохімію радикалів

Група дослідників на чолі з Філом Бараном з Інституту Скріппса в Каліфорнії розробила реакцію, яка кидає виклик фундаментальним уявленням органічної хімії. Згідно з класичною догмою, коли на хіральному атомі вуглецю утворюється радикал, він втрачає свою стереохімію та рацемізується. Проте нова реакція крос-зв'язування, що формує зв'язки між радикалами на двох атомах вуглецю з гібридизацією sp3, зберігає стереохімію одного з партнерів зв'язування.

Ця трансформація відкриває простий доступ до хіральних молекул, таких як заміщені піперидини та піролідини, для синтезу яких раніше потрібні були багатостадійні процеси. Реакція використовує нікелевий каталізатор для генерації двох перехідних радикалів — одного з енантіозбагаченого сульфонілгідразиду, а іншого з ахірального первинного або вторинного алкілгалогеніду.

Особливість методу полягає в тому, що він не потребує жодних хіральних лігандів чи спрямовуючих груп. Натомість нікелевий каталізатор реагує з сульфонілгідразидом, утворюючи діазеновий комплекс. Цей комплекс вивільняє молекулярний азот і захоплює хіральний радикал у клітці нікелевого комплексу. Після цього хіральний радикал реагує з радикалом від алкілгалогеніду.

Баран зазначає, що якби він запропонував цю реакцію п'ять років тому, більшість хіміків, включаючи його самого, вважали б це неможливим. Швидкість рацемізації радикала приблизно дорівнює швидкості коливання зв'язку — це відбувається на шкалі пікосекунд. Ідея про те, що можна змусити два різні радикали реагувати один з одним без втрати стереохімії, без використання хірального ліганду, без побічних продуктів і з єдиним каталізатором, що керує всім процесом, здається абсурдною, каже вчений. Але це працює.

Нове радикальне крос-зв'язування базується на подібній реакції алкіл-арильного крос-зв'язування, яку Баран та його колеги опублікували минулого року. Поточна робота виводить дослідження на новий рівень, який раніше вважався недосяжним.

Деніел Вейкс, фахівець з органічного синтезу з Університету Вісконсін-Медісон, який не брав участі в дослідженні, називає вражаючим те, що утворення радикала та його захоплення в клітці дозволяє зберегти стереохімію. Існують прецеденти такої хімії, але зазвичай її спостерігають у спеціалізованих середовищах, наприклад в активному центрі ферменту. Те, що це відбувається в розчині, є надзвичайним і має великий потенціал.

Баран відзначає, що реакція має обмеження. Наразі вона найкраще працює з циклічними сульфонілгідразидами. Коли хіміки випробували реакцію на ациклічних сульфонілгідразидах, стереозбереження було низьким. Вчений сподівається, що через тридцять років ця реакція стане рутинною і всі будуть її знати та використовувати.