Молодые учёные ИОХ РАН: Поспелов Евгений

В целом, мои исследования посвящены изучению химии нестабильных высокореакционных азот-кислородных систем и соединений, их содержащих, например, нитрозоалкенов и нитронатов. В нашей лаборатории в данный момент я занимаюсь разработкой методов применения этих веществ в органическом синтезе. Многим может показаться, что с такими нестабильными соединениями очень много «мороки» — обычно реакции с ними сопровождаются большим количеством различных побочных процессов, что вызывает определенные сложности в момент постановки эксперимента и при интерпретации результатов поставленного опыта. Однако именно высокая реакционная способность данных соединений и делает их крайне любопытными объектами для исследования – ведь если удается правильно подобрать условия, то можно с высокими выходами и отличной селективностью получать огромный спектр полезных соединений, синтез которых другими методами часто затруднен или невозможен вообще.

В 2022 году коллективом нашей лаборатории была опубликована статья в журнале Advanced Synthesis and Catalysis, посвященная разработке нового метода синтеза пиперидинов из диоксимов 1,5-дионов путем каталитической восстановительной циклизации. Исходные оксимы 1,5-дионов были получены по ранее неизвестной реакции двойного последовательного присоединения двух молекул нитрозоалкенов к молекуле диалкилмалоната. Обычно оксимы получают из кетонов путем реакции последних с гидроксиламином, однако этот классический подход имеет ряд ограничений, когда речь заходит о синтезе диоксимов. Эти ограничения связаны с неустойчивостью 1,5-дикетонов, способных к различным реакциям внутримолекулярной конденсации. Предложенный нами способ синтеза 1,5-диоксимов этого ограничения не имеет, он прост в лабораторной реализации, а необходимые нитрозоалкены могут быть легко сгенерированы из их более устойчивых нитрозоацеталей, легко синтезируемых из обычных коммерчески доступных нитроалканов. Эта реакция позволила нам синтезировать большую серию различных несимметрично-замещенных 1,5-диоксимов, которые затем были подвергнуты реакции каталитической восстановительной циклизации с образованием целевых пиперидинов. Катализатором этого процесса выступил никель Ренея, дешевый и доступный гетерогенный катализатор, легко отделяемый от реакционной смеси обычным магнитом. Нами также были проведены эксперименты по определению механизма открытой нами реакции и предложен удобный метод определения структуры используемых диоксимов, основанный на применении квантово-химических расчетов.

Полученные в работе результаты могут быть использованы, во-первых, в тонком органическом синтезе, когда необходимо получить определенным образом замещенный монооксим, диоксим или пиперидин. Кроме этого, разработанный нами в ходе работы метод определения структуры диоксимов путем квантово-химического моделирования может быть полезен не только при определении структуры диоксимов, но и вообще при определении структуры оксимов в целом. Например, Вы синтезировали новый оксим, спектрально он существует в виде одного стереоизомера, и закономерно встает вопрос – это E- или Z-оксим? От этого может зависеть его реакционная способность и иные физико-химические свойства. И нами показано, что путем несложного квантово-химического моделирования можно с большой уверенностью указать, какой же именно изомер был получен. И не требуется ни выращивать кристалл, ни применять сложные спектральные методы исследования веществ. Идиллия!

Наверно, сложнее всего было в самом начале этой работы. Нами было исследовано большое количество различных эквивалентов нитрозоалкенов с целью выбрать наиболее подходящий для применения в этой работе. Кроме этого, подбор условий и перебор катализаторов при оптимизации синтеза пиперидинов также потребовал большого количества времени и усилий, которые в конечном итоге окупились сторицей.

Конечно! Огромную помощь мне оказал мой научный руководитель, Сухоруков Алексей Юрьевич, с которым я в процессе работы над этой статьей обсуждал любые возникающие проблемы и вопросы. Кроме научного руководителя, я также особо благодарен моему коллеге, Голованову Ивану Сергеевичу, специалисту в области квантовой химии, частые дискуссии с которым были очень полезны в освоении мною квантово-химических методов, используемых в работе. Я также хочу поблагодарить нашего заместителя заведующего лабораторией, Таболина Андрея Александровича, который спектрально охарактеризовал большую часть новых соединений, синтезированных в ходе работы над статьей. И, разумеется, неизмеримую помощь нам оказал Центр коллективного пользования нашего Института, в котором были записаны необходимые ИК и масс-спектры исследованных нами соединений.

Да, есть. В данный момент мы занимаемся разработкой схожего метода синтеза другого класса гетероциклических соединений – пиперазинов. Актуальность этой работы в основном обусловлена огромным спектром применений различных пиперазинов – от фармацевтического и медицинского применения до ценных полупродуктов в органическом синтезе.

С самого моего детства меня привлекали точные науки. Мой отец часто рассказывал мне простым языком о сложных физических явлениях, в основе которых лежит огромное множество различных химических превращений. Затем в лицее, в котором я учился, мой учитель химии Мельникова Светлана Геннадьевна показала мне удивительную глубину химического мира, что сподвигло меня заниматься олимпиадной химией, и окончательно сформировало мои научные интересы.  

Поступив в МГУ имени М.В. Ломоносова на химический факультет, необходимо было выбрать спецгруппу, в которой я хотел бы учиться. Я пошел в группу РАН, где мне было предложено выбрать лабораторию, в которой я буду заниматься научной деятельностью. Так я и попал в ИОХ, в группу Алексея Юрьевича Сухорукова, в лаборатории которого я сейчас и работаю.

Необходимых качеств, по моему скромному мнению, огромное множество, но я хотел бы особо выделить целеустремленность, силу воли, аккуратность и амбициозность. Без этих качеств современному ученому крайне сложно достигать действительно стоящих результатов на научном поприще.

Советов два. Во-первых, не стоит опускать руки после неудачного эксперимента. Во-вторых, всегда необходимо стремиться полностью разобраться в исследуемых реакциях и процессах, чтобы никаких неясностей не оставалось. Иногда даже несущественная примесь или выделенный из реакционной смеси интермедиат могут дать огромную пищу для размышлений.