Американские химики использовали для проведения кросс-сочетаний никелевые комплексы в стехиометрических количествах. Сначала они синтезировали стабильный никелевый комплекс из арилгалогенида, а потом вводили его в реакцию с разными электрофилами — алкилгалогенидами, редокс-активными эфирами, пиридиниевыми и сульфониевыми солями. В результате, как пишут авторы статьи в Nature Chemistry, успешно протекали ранее неизвестные реакции кросс-сочетания.
Эта новость появилась на N + 1 при поддержке ежегодной Национальной премии в области будущих технологий «Вызов». В 2023 году ее присудили за ионный квантовый процессор, магниты из высокотемпературного сверхпроводника, вычислительные устройства на основе поляритонов и оптический транзистор, а также открытия, позволившие создать новые подходы для лечения заболеваний мозга
Одна из проблем никель-катализируемого сочетания арилгалогенидов с алкильными электрофилами в том, что часто вместо продукта кросс-сочетания образуется продукт гомосочетания. Так, если арилгалогенид присоединяется к никелевому катализатору легче, чем алкильное производное — то идет гомосочетание с образованием бифенила. Напротив, если алкильное производное реагирует быстрее — образуется продукт его сдваивания. И только если оба реагента близки по реакционной способности, образуется нужный продукт кросс-сочетания.
Химики под руководством Христо Севова (Christo S. Sevov) из Университета штата Огайо решили использовать не каталитические количества никелевого комплекса, а стехиометрические. То есть класть в реакцию столько же никеля, сколько и исходных органических реагентов. Идея была в том, чтобы сначала вводить в реакцию арилгалогенид и никелевый комплекс, а затем добавлять алкильный электрофил к уже образовавшемуся продукту присоединения арилгалогенида к никелю.
Чтобы эту идею реализовать, химикам нужно было подобрать лиганд, способный стабилизировать промежуточно образующийся продукт присоединения арилгалогенида. Для этого ученые протестировали пять разных азотных лигандов, и среди них только один — бис(пиридиламино)изоиндолин (BPI) — оказался подходящим. При присоединении п-бромфторбензола к комплексу никеля с BPI в условиях электролиза образовывался никелевый аддукт. Далее этот аддукт успешно реагировал с редокс-активными эфирами карбоновых кислот и с сульфониевыми солями с образованием продуктов кросс-сочетания.
Далее химики показали, что никелевый аддукт с арилгалогенидами можно получать в больших количествах и хранить. Для этого они смешали исходный никелевый комплекс с противовоспалительным препаратом индометацином (он содержит арилхлоридный фрагмент) в условиях электролиза. Далее, после протекания реакции, химики добавили в реакционную смесь воду — в результате в осадок выпал красный никелевый аддукт. Его, как пишут ученые, можно было хранить на воздухе в течение нескольких часов или в инертной атмосфере несколько месяцев.
В результате ученые нашли удобный метод кросс-сочетания арилгалогенидов с алкильными электрофилами. Им удалось провести сочетания с третичными, вторичными и первичными алкилгалогенидами, редокс-активными эфирами, пиридиниевыми и сульфониевыми солями. Многие из этих процессов не работают в классических условиях реакции. Учитывая, что никель — довольно дешевый металл, разработанный подход может оказаться удобен для синтеза библиотек химических соединений.
Ранее мы рассказывали о том, как химики научились использовать разные типы нуклеофилов в никель-катализируемом фотохимическом кросс-сочетании.