Российские химики разработали метод синтеза сразу нескольких органических соединений на основе хинолина с помощью одной химической реакции. Тип продуктов при этом зависел лишь от того, какой катализатор использовали ученые. Хинолины отличаются высокой биологической активностью, поэтому полученные вещества найдут применение в фармацевтике, производстве органической электроники и фундаментальных исследованиях в области химии. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале The Journal of Organic Chemistry.
Хинолины служат основой для множества лекарств. Самое известное — хинин, который применялся для лечения малярии с XVII века. Сегодня из соединений на основе хинолина производят антибиотики, противогрибковые и противовирусные препараты, лекарства от малярии, туберкулеза, рака, болезней сердца и осложнений, возникающих у больных ВИЧ. Кроме того, эти вещества используются в аграрной промышленности, при изготовлении полимерных материалов и электроники.
Такое широкое применение объясняется высокой биологической активностью хинолина и строением его молекулы. Она представляет собой два углеродных кольца с одним атомом азота, а также атомами водорода, которые с помощью химических реакций можно заместить другими элементами или группами. Причем в зависимости от того, чем замещают водород, получаются вещества с разными свойствами.
Хинолин добывают из каменноугольной смолы, в которой он встречается, или синтезируют. Однако каждое его производное приходится получать с помощью отдельной химической реакции, имеющей низкий выход конечного продукта. К тому же в промышленном синтезе часто используются сильные щелочи или кислоты, отходы которых требуют утилизации и могут наносить вред природе.
Ученые Химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова (Москва) разработали метод получения производных хинолина с помощью всего одной реакции — региодивергентного синтеза. В качестве исходных веществ авторы использовали замещенные анилины и алкины, реакцию между которыми проводили в присутствии одного из двух катализаторов: меди или золота. В результате синтеза получили хинолины, в которых атомы водорода были замещены фтор-, фосфорсодержащими и ацильной группами. От типа катализатора зависело то, какое место занимали эти группы в молекуле и какое производное хинолина получалось. При проведении опытов ученым удалось добиться выходов конечных продуктов до 90%. Побочным веществом реакции была лишь вода, поэтому такой метод безопасен для окружающей среды.
Фтор и фосфор входят в состав многих биоактивных соединений. Например, при введении фосфорильной группы у хинолинов появляется антибактериальная активность, а фторсодержащие вещества замедляют рост раковых клеток и перспективны при лечении онкозаболеваний. Хинолины, имеющие в составе обе эти группы и еще одну, ацильную, получены учеными впервые.
«Эти вещества еще требуют изучения. В числе прочего необходимо выяснить, какую биологическую активность они имеют. В дальнейшем наш подход позволит получать таким образом не только хинолины, но и большое количество других фосфорил-замещенных гетероциклических соединений. Региодивергентный синтез — это способ просто и экономично производить новые вещества для различного применения. В этот раз мы брали за основу о-трифторацетиланилины. В будущем планируем использовать другие соединения», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Александр Митрофанов, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.