Лаборатория исследования гомолитических реакций (№13)

• Химия алифатических и алициклических функциональных соединений;
• Химия органических пероксидов;
• Реакции с участием C-, O- и S-центрированных радикалов;
• Реакции окислительного сочетания;
• Прямой и непрямой электроорганический синтез;
• Катализ металлами переменной валентности;
• Гомогенный и гетерогенный катализ в окислительных процессах;
• Фотоокислительные превращения;
• Поиск веществ с антипаразитарной, противоопухолевой и противогрибковой активностью;
• Агрохимия.

✓  Разработан метод селективной сборки трициклических аминопероксидов на основе трехкомпонентной конденсации β,δ′-трикетонов, пероксида водорода и источника аминного фрагмента, в качестве которого можно использовать водный раствор аммиака или соли аммония. Показано, что разработанный процесс применим для синтеза граммовых количеств трициклических аминопероксидов. Удивительно селективное образование сложной структуры аминопероксида происходит, несмотря на кажущуюся возможность образования множества продуктов различного строения и гипотетическое наличие огромного количества альтернативных маршрутов протекания реакции.

✓  Показано, что стабильные мостиковые азаозониды могут быть селективно образованы в результате трехкомпонентной конденсации 1,5-дикетонов, пероксида водорода и аммиака или солей аммония без использования катализатора. Показано, что разработанный процесс применим для синтеза граммовых количеств азаозонидов. Полученные азаозониды не претерпевают разложения при комнатной температуре в течение месяцев, а при хранении при -10 °С в течение как минимум одного года. Была исследована стабильность полученных азаозонидов, и был описан ряд превращений азаозонидов с сохранением пероксидного фрагмента.

✓  Диацетилиминоксильный радикал предложен в качестве нового радикального реагента для органического синтеза, продемонстрировано его применение в окислительной функционализации с разрывом связей ОН, СН, NH и SH и в процессах дегидрирования. Показано, что диацетилиминоксил является высокоселективным реагентом, отщепляющим водород от наиболее активированных субстратов или функциональных групп. Также диацетилиминоксил является исключительно эффективным перехватчиком стабилизированных и стерически затрудненных C-радикалов, которые не улавливаются таким типичным перехватчиком радикалов, как TEMPO.

✓  Предложена гибридная фотокаталитическая система, включающая как гетерогенный катализатор (TiO2), так и гомогенный органокатализатор (N-гидроксифталимид, NHPI) для оксилительного С-С-сочетания электронодефицитных N-гетероциклов с простыми эфирами с использованием t-BuOOH в качестве терминального окислителя. Следует отметить, что компоненты фотокаталитической системы неэффективен по отдельности в этом превращении. В качестве основных факторов, определяющих высокую каталитическую эффективность, рассматриваются возникновение поглощения видимого света при взаимодействии NHPI с поверхностью TiO₂ и образование реакционноспособных фталимид-N-оксильных (PINO) радикалов при облучении видимым светом. Предлагаемый метод пригоден для сочетания π-дефицитных пиридиновых, хинолиновых, пиразиновых и хиноксалиновых гетероаренов с различными простыми эфирами.

✓  Разработан метод синтеза енаминонов из винилазидов и альдегидов при облучении видимым светом. Процесс применим к самым разнообразным исходным субстратам, в том числе природного происхождения, и может быть успешно реализован в проточных условиях. С использованием современных физико-химических методов анализа, таких как спектроскопия электронного парамагнитного резонанса и циклическая вольтамперометрия, был предложен вероятный механизм протекания обнаруженного фотохимического превращения. Было показано, что ключевой стадией процесса является C–H-активация альдегидов с образованием ацильных радикалов.

✓  Разработан электрохимический метод синтеза трициклических гетероциклов – замещенных тетрагидрохинолинов из базовых органических соединений – иминов и простых эфиров. Электросинтез протекает через образование эфира енола из простого эфира с последующим [4+2] аза-циклоприсоединением. Важно отметить, что подобный процесс невозможно осуществить с использованием традиционных химических окислителей.

✓  Разработан электрохимический метод сульфонилирования алкенов с использованием в качестве сульфонилирующего агента относительно инертных в электрохимических условиях дисульфидов. Реакция проходит в гальваностатическом режиме с использованием конструкционно простой неразделенной электрохимической ячейки с образованием исключительно транс-винилсульфонов. В ходе исследования было установлено, что наличие йодного электролита и воды играет важную роль в образовании конечных продуктов.

✓  Показано, что классический путь озонолиза алкенов может быть изменен неожиданным совместным использованием озона со вторым окислителем – гидропероксидом, открывая доступ к несимметричным гем-биспероксидам. Ранее селективный синтез таких структур не представлялся возможным.

✓  В качестве высокоактивных фунгицидов нового структурного типа предложены 4-замещенные-4-нитропиразолин-5-оны (нитропиразолоны). Впервые предложен удобный, масштабируемый и атом-экономичный метод синтеза нитропиразолонов. Такой подход применим для мультиграммового синтеза и позволяет производить широкий спектр нитропиразолонов с высокими выходами и чистотой, делая их легкодоступными продуктами. Синтезированные соединения проявили высокую фунгицидную активность в отношении широкого спектра фитопатогенных грибов (Venturia inaequalis, Rhizoctonia solani, Fusarium oxysporum, Fusarium moniliforme, Bipolaris sorokiniana, Sclerotinia sclerotiorum). Их ингибирующая активность в отношении роста мицелия была сравнима или превосходила активность современного коммерческого действующего вещества —крезоксим-метила. Активность in vitro против Candida albicans и Aspergillus niger показала, что нитропиразолоны также активны против грибов, патогенных для человека. Установлены ключевые структурные факторы, необходимые для проявления высокой фунгицидной активности: ароматический заместитель у атома N1 и малые заместители в положениях С3 и С4 пиразолонового цикла.

✓  Разработан метод тиоцианирования 1,3-дикарбонильных соединений под действием электрического тока без использования стехиометрических количеств «материальных» окислителей.  Реакция протекает в конструкционно простой неразделённой ячейке при постоянном токе. Получен широкий ряд тиоцианатов с выходами 37-82%. Обнаружено, что процесс протекает с высокой эффективностью только в уксусной кислоте. Предположительно, тиоцианирование 1,3-дикарбонильных соединений начинается с образования (SCN)₂ из SCN-аниона в результате анодного окисления, дальнейшее присоединение (SCN)₂ по двойной связи енольной формы 1,3-дикарбонильного соединения приводит к целевому продукту.

✓ Установлено, что взаимодействие циклических аминопероксидов с FeCl₂ протекает через последовательность разрывов связей O-O и C-C с последующей внутримолекулярной циклизацией, что приводит к образованию функционализированных тетрагидрофуранов с выходами 44-82%. Замена пероксиацетальной группы в структуре пероксида на пероксиаминальный фрагмент принципиально меняет путь реакции. Вместо получения линейных функционализированных кетонов эта модификация приводит к образованию труднодоступных замещенных тетрагидрофуранов. Несмотря на то, что ядра аминопероксидов подвергаются множественному разрыву связей, этот каскад является атомно-экономичным.

✓ Предложены методы генерации С-центрированных радикалов из алкоксигидропероксидов с использованием систем на основе металлов переменной валентности. Обнаружено, что С‑центрированные радикалы из алкоксигидропероксидов могут быть образованы не только под действием солей Cu^I и Fe^II, но и под действием Cu^II и Fe^III. На основе обнаруженных взаимодействий разработан и оптимизирован двухстадийный метод синтеза ω‑галоген и ω‑псевдогалогензамещенных сложных эфиров из семикарбазонов циклоалканонов. Принципиальным отличием разработанного подхода является возможность синтеза ω‑функционализированных соединений из семикарбазонов циклоалканонов с крупными алициклическими фрагментами, в том числе, содержащими заместители и функциональные группы.

✓ Показано, что циклические диацилпероксиды могут быть использованы в качестве эффективных O-электрофилов для кросс-сочетания с бороновыми кислотами. Успех процесса обеспечивается более высоким окислительным потенциалом циклических диацилпероксидов и способностью избегать элиминирования CO₂ в высоковалентных интермедиатах Pd. Кроме того, комплекс Pd(IV) с циклическим диацилпероксидом сохраняет синглетное спиновое состояние в основном состоянии без радикального характера на ацетатных и карбоксилатных лигандах, что облегчает стадию трансметаллирования. Реакция приводит к образованию различных арильных эфиров с дополнительной карбоксильной группой в качестве платформы для дальнейшей функционализации.

✓ Предложена фотокаталитическая система на основе гетерогенного фотокатализатора TiO₂ и гомогенного редокс-органокатализатора N-гидроксифталимида для генерации углерод-центрированных радикалов из субстратов с активированными связями C(sp³)–H или альдегидов при комнатной температуре под действием видимого света. Разработанный подход был успешно применен для радикального присоединения эфиров, алкиларенов и альдегидов с азодикарбоксилатами. Оксид титана служит для инициирования органокаталитического процесса с участием фталимид-N-оксильных радикалов в растворе.

✓ Получены количественные данные ЭПР и ЯМР-мониторинга образования фталимид-N-оксильного радикала (PINO) из N-гидроксифталимида (NHPI) и его деградации, а также проведен анализ продуктов распада и контрольные эксперименты. Полученные результаты были использованы для построения общей картины распада PINO, рекомендации условий повышения его стабильности и разработки усовершенствованных процессов, катализируемых NHPI/PINO.

✓ Разработан метод электрохимического гидрокарбоксилирования ацетатов енолов с использованием CO₂. Открытая реакция обеспечивает выход β-ацетоксикарбоновых кислот 25–66%, в отличие от электролиза кетонов, силиловых эфиров енолов и винилтозилатов с CO₂, который приводит в основном к спиртам.

✓ Предложен подход к генерации [CN] частиц в ходе электрохимического окисления SCN-аниона, который был применен в трехкомпонентном электросинтезе 1-цианоимидазо[1,5-a]пиридинов из пиридин-2-карбальдегидов, аминов и NH₄SCN. В отличие от ранее известных электрохимических методов, NH₄SCN действует как источник CN-, а не как источник SCN-группы. Различные 1-цианоимидазо[1,5-а]пиридины были получены с хорошими выходами в гальваностатическом режиме в неразделенной электрохимической ячейке. Электросинтез предположительно включает генерацию цианирующего реагента, присоединение его к C=N связи имина, образованного из пиридин-2-карбальдегида и амина, с последующим каскадом окисления и циклизации. Некоторые полученные 1-цианоимидазо[1,5-а]пиридины проявляют противогрибковую активность в отношении Venturia inaequalis, Rhizoctonia solani и Bipolaris sorokiniana, превосходящую таковую у коммерческого фунгицида Триадимефона.

✓ В электрохимических условиях β-кетосульфоны были синтезированы из енолацетатов и сульфинатов натрия. Исходные сульфинаты могут выступать как в качестве фонового электролита, так и в качестве источника S-центрированных радикалов, что позволяет проводить электролиз без добавления дополнительного электролита. Побочных реакций окисления енолацетатов не наблюдается, разработанный процесс является селективным. Предложенное электрохимическое сульфонирование совместимо с широким спектром исходных енолацетатов и сульфинатов. На основании литературных данных, контрольных экспериментов и ЦВА-исследования предложен механизм реакции. Ключевыми промежуточными продуктами являются S-центрированный сульфонильный радикал, C-центрированный бензильный радикал и β-ацетокси-β-гидроксисульфон.

✓ Разработан синтез α-сульфонилированных кетазинов из винилазидов и сульфинатов натрия, протекающий через каскад радикальных реакций C-S/N-N-сочетания. Каскад начинается с генерации сульфонильных радикалов окислением RSO₂Na нитратом церия (IV) аммония (CAN). Их присоединение к двойной связи винилазидов с последующим элиминированием N₂ приводит к образованию иминильных радикалов, N-N-сочетание которых обеспечивает получение α-сульфонилированных кетазинов с выходами до 96%. Этот процесс представляет собой одну из редких граней реакционной способности иминильных радикалов, а именно N-N-сочетание, минуя типичные для них процессы восстановления, внутримолекулярной циклизации и 1,n-НАТ. Исследование спектров ЭПР и квантово-химические расчёты показали, что селективное N-N-сочетание иминильных радикалов облегчается инертностью Ce(III) к координации с иминильными радикалами и невозможностью переноса заряда. В отличие от этого, Mn(II) координируется с иминильными радикалами, превращая их в енамины.

Защищенные в лаборатории диссертации

1. Куткин Александр Валерьевич. «Реакции кеталей и енол-эфиров с пероксидом водорода и гидропероксидами. Синтез геминальных пероксидных соединений» к.х.н., специальность «Органическая химия», 27 мая 2005 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

2. Платонов Максим Михайлович. «Синтез и реакции геминальных биспероксидных соединений» к.х.н., специальность «Органическая химия», 3 марта 2009 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

3. Кривых Олег Владимирович. «Синтез и изучение биологической активности геминальных бисгидропероксидов» к. фарм. н., специальность «Фармацевтическая химия, фармакогнозия», 20 декабря 2010 г., ГБОУ ВПО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова.

4. Борисов Дмитрий Александрович. «Селективные методы пероксидирования β-дикарбонильных соединений и их гетероаналогов» к.х.н., специальность «Органическая химия», 12 апреля 2011 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

5. Ярёменко Иван Андреевич. «Селективный синтез пероксидов из β-дикетонов, β,δ-трикетонов и H₂O₂» к.х.н., специальность «Органическая химия», 14 июня 2013 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

6. Кокорекин Владимир Алексеевич. «Развитие новых подходов к синтезу биологически активных веществ на основе реакций азидирования, тиоцианирования и азолирования» к. фарм. н., специальность «Фармацевтическая химия, фармакогнозия», 25 декабря 2013 г., ГБОУ ВПО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова.

7. Крылов Игорь Борисович. «Окислительное C-O сочетание алкиларенов, β-дикарбонильных соединений и их аналогов с оксимами, N-гидроксиимидами и N-гидроксиамидами» к.х.н., специальность «Органическая химия», 18 ноября 2014 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

8. Арзуманян Ашот Вачикович. «Новые классы циклических кремнийорганических пероксидов: синтез и превращения» к.х.н., специальность «Органическая химия», 1 марта 2016 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

9. Здвижков Александр Тимурович. «Cистемы на основе H₂O₂ и t-BuOOH, иода и его соединений для реакций окисления и получения структур с фрагментом О-О» к.х.н., специальность «Органическая химия», 17 мая 2016 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

10. Пастухова Жанна Юрьевна. «Стабилизация пероксида водорода и его роль в эпоксидировании аллилового спирта на титансодержащем катализаторе и синтезе гидроксидикетонов» к.х.н., специальность «Физическая химия», «Органическая химия», 27 декабря 2016 г., Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технологический университет» (МИТХТ).

11. Шарипов Михаил Юрьевич. «Синтез и фунгицидная активность [1,2-бис(трет-бутилперокси)этил]бензолов и α-тиоцианатов β-дикарбонильных соединений» к.х.н., специальность «Органическая химия», 15 сентября 2017 г., РХТУ им. Д.И. Менделеева.

12. Виль Вера Андреевна. «Реакции окислительного С-О сочетания малонил пероксидов с ß-дикарбонильными и N-гетероциклическими соединениями» к.х.н., специальность «Органическая химия», 10 октября 2017 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

13. Мулина Ольга Михайловна. «Химические и электрохимические методы образования C-S, S-N, S-S, S-O связей: синтез соединений с SO₂-фрагментом» к.х.н., специальность «Органическая химия», 29 мая 2019 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

14. Павельев Станислав Алексеевич. «Введение имин- и имид-N-оксильных радикалов в практику органического синтеза: окислительное С-О сочетание» к.х.н., специальность «Органическая химия», 30 октября 2019 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

15. Радулов Петр Сергеевич. «Синтез и превращения пероксидов из моно-, ди- и трикетонов» к.х.н., специальность «Органическая химия», 9 декабря 2020 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

16. Битюков Олег Вадимович. «Окислительный синтез с участием моно-, дикарбонильных соединений и их гетероаналогов» к.х.н., специальность «Органическая химия», 9 декабря 2020 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

17. Белякова Юлия Юрьевна. «Синтез и превращения аминопероксидов» к.х.н., специальность «Органическая химия», 21 июня 2023 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

18. Барсегян Яна Артуровна. «Синтез циклических ацилпероксидов из β- и γ-кетоэфиров. Превращения диацилпероксидов» к.х.н., специальность «Органическая химия», 21 июня 2023 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

19. Будников Александр Сергеевич. «Окислительное сочетание N,O-центрированных радикалов с соединениями, содержащими π-связи углерод-углерод и углерод-кислород» к.х.н., специальность «Органическая химия», 18 октября 2023 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

20. Сегида Олег Олегович. «Фото — и электрохимически индуцированные превращения соединений с -CH, -OH и -NH фрагментами: применение в процессах окислительного сочетания» к.х.н., специальность «Органическая химия», 18 декабря 2024 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

21. Фоменков Дмитрий Игоревич. «Синтез органических пероксидов с применением озона и пероксида водорода. Свободнорадикальные превращения гидропероксидов» к.х.н., специальность «Органическая химия», 18 декабря 2024 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

22. Лопатьева Елена Романовна. «N- и O-центрированные радикалы в реакциях CH-окисления, окислительного сочетания и присоединения к С=С связям» к.х.н., специальность «Органическая химия», 4 июня 2025 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

23. Гришин Сергей Сергеевич. «Синтез 5- и 6-членных N-гетероциклов с участием электрического тока: процессы создания связей С-С и С-гетероатом» к.х.н., специальность «Органическая химия», 4 июня 2025 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.

24. Виль Вера Андреевна. «Ацилпероксиды и электрический ток: органический синтез с участием окислительных процессов» д.х.н., специальность «Органическая химия», 15 октбря 2025 г., ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН.