Статья сотрудника ИОХ РАН опубликована в одном из самых высокорейтинговых химических журналов

Несколько недель назад в одном из самых престижных журналов в области химии Nature Chemistry (IF = 24.427) была опубликована статья «Nickel-catalysed asymmetric hydrogenation of oximes», одним из авторов которой является ведущий научный сотрудник ИОХ РАН д.х.н. Илья Дмитриевич Гриднев. В связи с этим знаменательным событием мы пообщались с Ильей Дмитриевичем о его совместных исследованиях с китайскими учеными и о том, зачем химикам-синтетикам нужны компьютерные расчеты.

Илья Дмитриевич, расскажите, пожалуйста, о чем Ваша статья, опубликованная в Nature Chemistry?

Это исследование посвящено асимметрическому гидрированию оксимов. Сделанная работа внесла вклад в решение двух важных проблем. Первая из них – это обеспечение хемоселективности процесса, приводящей к образованию гидроксиламинов. Обычно при гидрировании оксимов восстановление C=N фрагмента сопровождается разрывом связи N-O, что приводит к соответствующим аминам, т. е. гидрирование иминильного фрагмента с сохранением связи N-O является более сложной задачей. При этом, хиральные гидроксиламины более ценные структуры с химической точки зрения, так как они являются важными полупродуктами для получения целого ряда биологически активных соединений. В то же время, набор синтетических методов получения хиральных гидроксиламинов на сегодняшний день крайне ограничен. Вторая важная проблема – это замена катализаторов на основе благородных и редкоземельных металлов на более дешевые и экологичные аналоги. Традиционно в реакциях гидрирования используются катализаторы на основе палладия, платины, родия, иридия. В настоящей работе удалось осуществить хемо- и стереоселективное восстановление оксимов в гидроксиламины с использованием катализатора на основе никеля (II).

Расскажите,пожалуйста, о Вашем собственном вкладе в эту замечательную публикацию.

На протяжении последних 20 лет я активно занимаюсь квантовохимическими расчетами каталитических циклов и механизмов возникновения хиральности. Эта работа является продолжением многолетнего сотрудничества с группой профессора Ван-Бин Жанга из Шанхайского университета транспорта (Китай). Китайские коллеги выполнили всю синтетическую часть статьи, т.е. нашли оптимальные условия реакции гидрирования, показали ее применимость к широкому кругу исходных соединений и продемонстрировали возможности синтетического использования полученных структур. Я, в свою очередь, рассчитал каталитический цикл этой реакции и показал, как именно возникает асимметрический центр.

Какие интересные закономерности были Вами зафиксированы в ходе расчета механизма этого процесса?

Результаты расчетов согласуются с моими предыдущими наблюдениями. Они показывают, что образование хиральных продуктов в подобных превращениях происходит по аналогии с природным ферментативным катализом. Сначала молекулы оксима и катализатора «находят друг друга», образуя нереакционноспособный ассоциат за счет слабых дисперсионных (Лондоновских) взаимодействий. Для того, чтобы образовалась необходимая для реакции конфигурация (фрагмент Р(транс)-Ni-H копланарен двойной связи С=N), молекула оксима должна менять свое положение относительно молекулы катализатора, сохраняя максимально возможное количество стабилизирующих дисперсионных взаимодействий. Та траектория, движение по которой приводит к наиболее эффективному выполнению этих условий, оказывается результативной и определяет в итоге абсолютную конфигурацию продукта. Сама же стадия переноса гидрида происходит без активационного барьера и лишь фиксирует результаты стереоотбора. Можно сказать, что генерация хиральности происходит методом«проб и ошибок»: субстрат подходит одним способом – не получилось, потом другим, третьим, пока ему не удастся найти максимально выгодную траекторию для приближения к реакционному центру и обретения необходимой конфигурации для моментального переноса гидрида.

Какие перспективы развития расчетных методов в органической химии Вы видите?

На правах мнения, современные расчетные методы серьезно недооценены в химическом сообществе. Часто химики-экспериментаторы полагают, что расчеты используются для подтверждения механизмов реакций, которые они и так уже знают. Мне кажется, что идея возможности описания сложных многостадийных химических процессов только лишь путем расчленения их на элементарные стадии, себя уже исчерпала. Такой подход заранее отказывается от признания необходимости учиться анализировать гораздо более сложные системы, не поддающиеся описанию в двумерном мире странички из учебника.Альтернативу такому подходу могут дать квантовохимические расчеты, опирающиеся на результаты все более продвинутых физико-химических исследований. Я глубоко убежден, что в этом состоит будущее химической науки.