От циклопропанов до суперэлектрофилов: путь молодого химика ИОХ РАН к новым методам синтеза

В рубрике ИОХ РАН, посвященной молодым ученым, Максим Александрович Новиков, к.х.н., старший научный сотрудник, рассказывает о своей работе в Лаборатории химии диазосоединений. Его исследования охватывают важные области химии: фторорганические соединения, циклопропаны и суперэлектрофильные кислоты Льюиса. В интервью он делится подробностями разработки уникальных методов синтеза фторалкенов — структур, важных для создания медицинских препаратов благодаря их стабильности и биологической совместимости.

Молодой ученый рассказал о том, что недавно совместно с коллегами удалось создать высокоэффективный дибороновый реагент, способный существенно улучшить катализируемые металлами реакции и расширить возможности для стереоселективного синтеза.

Узнайте, как молодой специалист находит решения для сложных задач, что его привело в науку и какие советы он дает коллегам:

Чему посвящены Ваши научные исследования в целом? Какую фундаментальную научную или практическую задачу Вы пытаетесь решить?

Основное направление нашей работы — это разработка методов синтеза фторалкеновых структур. Фторалкеновый фрагмент — очень важный и перспективный фрагмент для разработки лекарственных препаратов, поскольку он биоизостерен амидной связи. Преимущество нашей работы заключается в том, что мы можем достаточно легко формировать этот фторалкеновый фрагмент с разнообразными функциональными группами в a- и/или b-положениях к нему. За последние годы мы научились контролировать стереоселективность развиваемых нами процессов, при этом мы используем весьма широкодоступные источники фтора. Более того, за последнее время мы обнаружили ряд процессов, когда можно использовать ¹⁹F как метку для изучения механизмов реакций по ЯМР, получая очень ценные данные, которые сложно получить, скажем, по ¹H и ¹³C спектрам — своего рода альтернатива субстратам, меченым ¹³C, только на много порядков дешевле.

Расскажите о Вашей последней высокорейтинговой работе[1], опубликованной в 2023 году. В чем ее основная идея?

В этой работе мы развивали направление, которое состоит в следующем: традиционно фторированные циклопропаны, которые мы используем как исходные фторированные прекурсоры для всех наших последовательностей, выступают как источники фтораллильного электрофила. Мы же обращаем их полярность и используем как фтораллильные нуклеофилы. В конкретно этой работе мы хотели научиться более эффективно получать (фтораллил)боронаты как нуклеофилы, что привело к тому, что мы разработали новый дибороновый борилирующий реагент. Новым в этой работе для нашей группы стало применение комплекса современных методик для установления структуры диборонового реагента в растворе — ЯМР-спектроскопии в твердом теле, включая 2D твердотельные методики, { ¹⁹F,X} 2D корреляционные ЯМР спектры и масс-спектрометрия электрораспылением с реакционных смесей. Нам достаточно повезло, потому что в нужное время оказались в доступе соответствующие приборы, при помощи которых удалось точно доказать структуру наших борилирующих реагентов, что и позволило опубликовать эту небольшую по сути статью на довольно хорошем уровне.

Где и каким образом могут быть использованы полученные в этой работе результаты?

Разработанный нами реагент, в принципе, может быть применим в любом металл-катализируемом борилировании, а его преимуществами являются бóльшая реакционная способность на стадии переметаллирования и нейтральные условия. В перспективе мы бы хотели развить это направление.

В чем сложность и с какими трудностями Вы столкнулись во время выполнения этого исследования? 

На стартовом этапе стояла задача научиться борилировать (2-фтораллил)пиридиниевые соли. Собственно, это уже четвертая попытка, а первый раз начали еще лет пять-семь назад. В итоге сейчас мы решили довести, наконец, эту реакцию до конца.

Провели большую оптимизацию из многих сотен экспериментов, попробовали разные металлы в качестве катализаторов, даже пытались использовать фотокаталитические условия при облучении синими светодиодами. Оптимизация была в итоге большая, заняла много времени и сил, но в итоге вышли на новый класс дибороновых реагентов.

Далее столкнулись с тем, что реакция не всегда хорошо воспроизводилась. Реакция достаточно сложная, чувствительная к реакционным условиям. Нам не удалось ее довести до того уровня, которого мы хотели. На завершающей стадии этой работы столкнулись с тем, что реакция стала идти хуже, чем шла раньше. Пришлось публиковать в том объеме, который был достигнут на тот момент. И только недавно мы поняли, что проблема была в китайском B2pin2, на который мы тогда перешли, а именно примеси, которые невозможно отделить и сложно обнаружить, не зная, что они есть.

Помогал ли Вам кто-нибудь в решении возникающих проблем?

Большую часть по спектральной работе помогал выполнять Роман Новиков. Твердое тело — это исключительно его заслуга. Значительную роль внесли и коллеги из ИНЭОСа. Они помогали мне проводить регистрацию масс-спектров с реакционных смесей.

Есть ли у Вас дальнейшие планы по развитию этого направления исследования?

Обращение полярности фтораллильного синтона — одно из наших ключевых направлений, и мы продолжаем его развивать. Оно в основном заключается в использовании (фтораллил)боронатов как нуклеофилов — и в энантиоселективном синтезе, и в переметаллировании на медь, цинк и другие металлы для контроля стерео- и региохимии в дальнейших превращениях.

Каким образом Вы попали в химию?

Не сказать, что целенаправленно. Когда я учился в 7 классе, моя мама задумалась о смене нашей школы. Мы нашли вечернюю школу по химии в Московском химическом лицее № 1303. Сначала туда пошел мой брат, а я просто начал читать книги по химии. В восьмом классе я также пошел в эту вечернюю школу, а в девятом поступил на основное отделение Лицея.

Как оказались в ИОХе?

Особенность Лицея состоит в том, что с десятого класса ученики участвуют в реальных научных исследованиях в лабораториях, в том числе в ИОХе. Вот так я и попал в Лабораторию химии карбенов и малых циклов Олега Матвеевича Нефедова в далеком 2006 году. Там и продолжал работать долгое время. И там же и начал развивать тематику по регио- и стереоселективному синтезу фторалкеновых структур, которую мы развиваем до сих пор.

Какими, на Ваш взгляд, качествами должен обладать современный ученый?

Безусловно, важна целеустремленность, работоспособность, любознательность. Важно поддерживать контакты с учеными других областей. Наука двигается только коллективом.

Какой совет можете дать своим коллегам?

Важно определиться, что ты хочешь от науки. Понять, что ты реально можешь. Но если хочешь чего-то добиться — главное, не сдаваться; очень важно вкладывать большой труд в свои исследования.