Новости химической науки > Селективное окисление С–Н – это возможно

Селективная функционализация определенных связей С–Н в органическом соединении до сих пор остается одной из самых существенных проблем органического синтеза. Однако, результаты последних работ показывают, что химики начинают находить методы решения этой проблемы.

Один из последних методов селективного окисления связей углерод-водород разработан Марком Ченом (Mark S. Chen) и Кристиной Уайт (M. Christina White) из Университета Иллинойса, которые сообщают о возможности окисления определенной метиленовой связи углерод-водород в сложной органической молекуле природного происхождения [1].

Чен и Уайт могут окислить метиленовую группу дигидроплевромутилона до гидроксильно группы (обозначено желтым) или кето-группы даже при наличии в субстрате 18 окисляемых связей C–H (красные) и оксиляемой спиртовой группы. (Рисунок из Science 2010, 327, 566)

С помощью железосодержащего катализатора Fe(PDP), ранее разработанного для селективного окисления третичных связей [2], исследователи провели селективное окисление метиленовых групп до гидроксильной или кетогруппы. Метиленовые С–Н связи отличаются меньшей реакционной способностью в сравнении с метиновыми, при этом они обычно более распространены в молекулах органических соединений.

Чен и Уайт ранее предположили, что электронные, стерические и стерикоэлектронные свойства ряда третичных связей C–H могут использоваться для предсказания их предрасположенности к активации, в настоящей работы они успешно применили выведенные закономерности для селективной функционализации метиленов.

Одна из наиболее сложных по строению молекул, С–Н связи которой были функционализированы – молекула дигидроплевромутилона (dihydropleuromutilone). У этого трициклическго дитерпеноида в структуре 18 окисляемых связей C–H – 14 вторичных и четыре третичные связи C–H, а также первичная гидроксильная группа, которая также может быть легко окислена. Несмотря на «богатство выбора» исследователи провели селективное окисление строго одной метиленовой группы, получив смесь вторичного спирта и кетона с общим выходом 62% yield.

Уайт отмечает, что продемонстрированная ими селективность окисления не может быть достигнута при использовании ферментативного катализа. Возможность использования относительно простых закономерностей, раскрывающих реакционную способность инертных метиленовых связей, может изменить подходы химиков к синтезу сложных органических молекул. Исследовательница добавляет, что железосодержащий катализатор может работать в приемлемых для органического синтеза условиях, позволяя получать до 50% продуктов моноокисления.

Катализатор окисления С–Н связей, разработанный в группе Уайт, лишь одна из немногих систем для функционализации этих инертных связей из числа разработанных за последние годы. В группе Хью Девиса (Huw M. L. Davies) сообщали об успешной функционализации связей C–H карбенами [3]. Юстин дю Буа (Justin du Bois) из Стенфорда разработана методика аминирования связей C–H родий-нитреновыми комплексами [4]. Мелани Сэнфорд (Melanie S. Sanford) предлагает использовать для окисления С–Н связей палладиевые катализаторы [5]. Классик в области активации связей С–Н Роберт Крабтри (Robert H. Crabtree) из Йеля описывает систему окисления связи С–Н на основе биядерного комплекса марганца [6].

Недавно сотрудничество групп Фила Барана (Phil S. Baran) и Альберта Эшенмозера (Albert Eschenmoser) позволило скомбинировать некоторые из этих методик для селективной модификации вторичных и третичных связей C–H groups [7]. Например, они применили родий-нитреновый комплекс для селективного аминирования определенной метиленовой группы продукта природного происхождения – склареолида (sclareolide), содержащего большое количество вторичных и третичных связей C–H.

Баран и Эшенмозер отмечают, что более высокая способность экваториальных С–Н связей склареолида к окислению по сравнению с аксиальными обуславливается тремя факторами: понижению энергии напряжения при формировании активированного комплекса, нуклеофильность связей С–Н и экранирование актиальных связей.

Источники: [1] Science 2010, 327, 566; [2] Science 2007, 318, 783; [3] J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 3063; [4] Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 598; [5] J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 9542; [6] Science 2006, 312, 1941; [7] Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 9705

метки статьи: #кинетика и катализ, #органическая химия, #органический синтез, #элементоорганическая химия