Химики РУДН научились полностью менять ход реакции Дильса — Альдера при помощи изменения температуры

Химики РУДН научились полностью менять ход реакции Дильса — Альдера при помощи изменения температуры

Исследователи из РУДН совместно с российскими коллегами изучили реакцию Дильса — Альдера в производных фурана (гетероциклического органического вещества) и смогли добиться 100% контроля над составом ее продуктов. Описанные закономерности будут полезны для создания новых способов переработки отходов сельского хозяйства. Кроме того, реакция может быть использована для производства фрагментов графена и ряда биологически активных соединений.

Реакция Дильса — Альдера широко используется в органическом синтезе, химиков привлекает ее простота, надежность и возможность управлять ее ходом, изменяя условия процесса. Некоторые продукты подобных превращений применяются для создания графеноподобных материалов, производстве витаминов, гормонов и нейромедиаторов. Графен благодаря своей прочности и тепло- и электропроводности используется при разработке транзисторов, сенсоров, фильтров и аккумуляторов.

Ученые РУДН исследовали вариант реакции Дильса — Альдера, в котором из двух органических соединений (алкинов и бисдиенов) образуется соединение, содержащее несколько шестичленных циклов. Реакция протекает по-разному при температуре 25–80°С и при 140°С: первом случае образуются структуры, которые авторы описывают как «аддукты типа пинцет» (4а,8а-дизамещенные 1,4:5,8-диэпоксинафталины), во втором — «аддукты типа домино» (2,3-дизамещенные 1,4:5,8-диэпоксинафталины). В обоих случаях можно получать не смеси продуктов (как в большинстве аналогичных реакций), а только один продукт — при этом с практически количественным выходом.

Исходными соединениями для реакции служили фурфурол и его производные. Их можно почти в неограниченных количествах получать из отходов сельского хозяйства: отрубей, лузги и стеблей подсолнечника, опилок и стружки некоторых видов древесины. Доступность и возобновляемость синтетических соединений на их основе особенно важны из-за колебаний на рынке нефти и истощения ее запасов в будущем.

«Изюминка, особенность описанных превращений в том, что в них можно полностью управлять составом продуктов и получать необходимые вещества “в индивидуальном виде”. Такой высокий контроль над ходом реакции достигается за счет изменения только одного параметра — температуры. Подобных реакций до наших работ практически не встречалось», — пояснил руководитель исследования, доцент кафедры органической химии РУДН Федор Зубков.

Авторы работы провели вычисления, используя теорию функционала плотности, которые позволили рассчитать энергии как переходных состояний реакции Дильса — Альдера, так и исходных и конечных продуктов. Эти расчеты прекрасно согласуются с геометрическими параметрами продуктов реакции, найденными с помощью рентгеноструктурного анализа. Теоретические расчеты, проведенные в ходе исследования, помогут ученым прогнозировать результат аналогичных реакций.

В ходе экспериментов ученые нашли оптимальные условия для селективного осуществления реакции: температуру и растворитель (применения катализатора не требуется). В зависимости от набора исходных реагентов реакция длилась от 20 часов до 10 дней, при температурах от комнатной до 140°С, что позволило изменять соотношение двух изомерных (имеющих одинаковый химический состав, но разную пространственную структуру) соединений, образующихся в реакции. В итоге исследователям удалось подобрать параметры реакции, при которых образовывались или только аддукты типа пинцет (25–80 °С), или только аддукты типа домино (140 °С).

«Помимо теоретического значения, наша работа будет полезна для утилизации и переработки отходов хозяйственной деятельности человека, а также для поиска недорогих возобновляемых источников сырья для тонкого органического синтеза. В дальнейшем планируется осуществить синтез библиотек веществ для биоскрининга с целью обнаружения биологически активных субстанций», — рассказала соавтор работы, аспирант РУДН Ксения Борисова. 

Исследование проводилось совместно с учеными из Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН и Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН.

Результаты опубликованы в Journal of Organic Chemistry

Новости
Все новости
Наука
14 октября
Стартовал приём заявок на шестую акселерационную программу «GreenTech Устойчивое развитие»

Фонд «Сколково» (Группа ВЭБ.РФ) совместно с Министерством природных ресурсов и экологии РФ и ведущими промышленными компаниями страны объявил о старте шестого цикла крупнейшей в России программы развития экосистемы поставщиков для промышленности «GreenTech Устойчивое развитие». Приём заявок от разработчиков технологических решений продлится до 20 октября 2025 года.

Наука
10 октября
«Семья, исследования, будущее»: студент РУДН — о работе научного общества факультета социальных и гуманитарных наук

Исторические конференции, встречи с политологами и археологами и интересные проекты. Это жизнь активистов, которые состоят в научном студенческом обществе факультета социальных и гуманитарных наук РУДН. В конкурсе среди вузовских НСО оно заняло третье место.

Наука
24 сентября
«Мы стремимся сделать науку доступной каждому», - председатель НСО института экологии РУДН рассказала о проектах и достижениях GreenLab

В РУДН подвели итоги конкурса среди научных студенческих обществ и научных кружков. Лучшим НСО стало GreenLab института экологии, второе место заняло сообщество института иностранных языков, а третье — факультета гуманитарных и социальных наук.