Хрупкие молекулы и нестандартные пути: Денис Борисов о тонкостях химии донорно-акцепторных циклопропанов

В рамках нашей рубрики о молодых ученых ИОХ РАН мы продолжаем знакомить читателей с исследователями, чьи статьи были опубликованы в ведущих международных химических журналах в 2024 году.

Герой сегодняшнего выпуска — Денис Дмитриевич Борисов, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории химии диазосоединений. Научные интересы Дениса связаны с изучением реакционной способности донорно-акцепторных циклопропанов (ДАЦ) —важных для тонкого органического синтеза синтонов. В центре внимания — поиск новых направлений трансформации этих молекул с использованием солей галлия, которые позволяют направлять реакцию по необычным путям через образование 1,2-цвиттер-ионов ДАЦ. Это фундаментальное направление не только расширяет представления о поведении ДАЦ, но и открывает путь к новым классам соединений, потенциально значимых для медицинской химии.

В интервью Денис рассказывает о своей недавней работе, где удалось реализовать редкие процессы формального [6+n]-циклоприсоединения, делится тонкостями работы с нестабильными соединениями, а также размышляет о том, как школьный интерес к химии может привести в мир большого научного поиска.

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

Глобально работа нашей научной группы посвящена изучению химических трансформаций донорно-акцепторных циклопропанов (ДАЦ) с различными субстратами в присутствии солей галлия. Особенность использования солей галлия в реакциях с ДАЦ состоит в том, что из ДАЦ образуется 1,2-цвиттер-ионный интермедиат, хотя, как правило, с другими кислотами Льюиса из ДАЦ образуются 1,3-цвиттер-ионные интермедиаты. Такая особенность реакционной способности ДАЦ в присутствии солей галлия позволяет открывать новые пути химических трансформаций с образованием новых, ранее неизвестных продуктов реакции. Кроме того, в нашей научной группе активно изучаются трансформации β-стирилмалонатов, которые являются изомерами ДАЦ, что также позволяет открывать новые синтетические подходы к различным соединениям. Таким образом, наши исследования, с одной стороны, имеют фундаментальную научную ценность, обогащая знания о реакционной способности ДАЦ и их изомеров. С другой стороны, с практической точки зрения, наша работа вносит вклад в развитие методологий тонкого органического синтеза, а также открывает доступ к целой гамме новых, неизвестных ранее соединений, которые в настоящий момент исследуются нашими коллегами из других институтов РАН на предмет их биологической активности.

• Расскажите о Вашей последней высокорейтинговой работе[1], опубликованной в 2024 году. В чем ее основная идея?

В данной работе мы продолжили изучать химию ДАЦ в реакциях с различными перехватчиками в присутствии кислот Льюиса. Нами были открыты новые классы процессов формального [6+n]-циклоприсоединения и аннелирования (n = 1, 2, 3, 4) ДАЦ с три-, тетра- и пентаметилзамещенными циклогептатриенами. Реакция протекает в условиях активации трихлоридом галлия, что позволяет эффективно генерировать как 1,2-, так и 1,3-цвиттер-ионные галлиевые комплексы из исходных ДАЦ, когда другие кислоты Льюиса оказываются неселективными. В результате были разработаны эффективные подходы к синтезу серии полифункциональных каркасных соединений с высокими выходами и регио- и диастереоселективностью. Кроме того, было показано влияние степени замещенности циклогептатриенов на направление протекающих процессов. Также нами было обнаружено, что незамещенный циклогептатриен при взаимодействии с цвиттер-ионными комплексами ДАЦ выступает хорошим источником гидрид-аниона, что позволяло получить алкилзамещенные малонаты.

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

Представленная работа дополняет представления химиков-органиков о взаимодействиях ДАЦ с полинепредельными перехватчиками в присутствии трихлорида галлия. Данные результаты могут найти свое применение в качестве ключевой стадии в области полного синтеза природных соединений. Кроме того, нами была получена обширная библиотека новых, ранее неописанных соединений, которые могут обладать полезной биологической активностью, что может пригодиться нашим коллегам в области медицинской химии.

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

Основная сложность работы заключалась в определении оптимальных параметров проведения реакции, так как замещенные циклогептатриены являются довольно лабильными соединениями и даже небольшие отклонения условий реакции порой не позволяли получать конечные соединения с хорошими выходами.

• Помогал ли Вам кто-нибудь в решении возникающих проблем?

Периодические обсуждения полученных результатов с заведующим нашей лабораторией Томиловым Юрием Васильевичем, а также с Новиковым Романом Александровичем, позволили преодолеть все проблемы, которые возникали в ходе выполнения исследования. Кроме того, Платонов Дмитрий Николаевич, основатель направления химии циклогептатриенов в нашей лаборатории, предоставил исходные циклогептатриены, синтез и выделение которых является нетривиальной задачей. Наличие доступа к ЦКП нашего Института позволило проанализировать результаты нашего исследования всем комплексом методов физико-химического анализа.

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

В настоящий момент изучение трансформаций 1,2-цвиттер-ионных галлиевых комплексов ДАЦ при взаимодействии с различными перехватчиками активно развивается в нашей научной группе. Сейчас наше внимание сосредоточено на развитии методов С-Н активации инертных алифатических CH2-групп интернальных ацетиленов в реакциях с 1,2-цвиттер-ионными галлиевыми комплексами ДАЦ, что вылилось в недавнюю публикацию в журнале Nature Communications.

• Каким образом Вы попали в химию?

В химию я попал благодаря своему школьному учителю — Григоровой Елене Александровне, которая привила мне интерес к этой прекрасной науке. Первые шаги в синтетической органической химии были сделаны мной под руководством д.х.н., профессора Осянина Виталия Александровича, который был моим научным руководителем в период обучения в университете.

• Как оказались в ИОХе?

По окончании университета в Самаре в 2014 году супруга предложила попробовать свои силы в аспирантуре ИОХ РАН. Так я и попал вместе с ней в наш Институт в 2014 году, поступив в аспирантуру, в лабораторию Томилова Юрия Васильевича.

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

На мой взгляд, современный ученый должен быть пытливым, терпеливым, интересующимся и обладать хорошими коммуникативными навыками.

• Какой совет можете дать своим коллегам?

Для нашей стези считаю актуальным всегда держаться следующего лозунга: «Бороться и искать, найти и не сдаваться!». Кроме того, всегда надо быть открытым к диалогу и не стесняться просить совета или помощи у старших товарищей и своих коллег в случае каких-либо затруднений.