Kemikere ændrer fuldstændig retningen af ​​Diels-Alder-reaktionen

RUDN-baserede forskere, sammen med russiske kolleger, har studeret Diels-Alder-reaktionen i derivaterne af furan (et heterocyklisk organisk stof) og formået at nå 100 procent kontrol over sammensætningen af ​​dets produkter. De beskrevne mønstre kan være nyttige til at skabe nye metoder til behandling af landbrugsaffald. I øvrigt, reaktionen kan anvendes til fremstilling af grafenfragmenter og en række biologisk aktive stoffer. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i Journal of Organic Chemistry .

Diels-Alder-reaktionen er meget udbredt i organisk syntese. Kemikere værdsætter dens enkelhed, pålidelighed, og evnen til at påvirke dens forløb og ændre betingelserne for processen. Flere produkter af disse transformationer bruges til at skabe grafenlignende materialer, produkt vitaminer, hormoner, og neuromediatorer. På grund af dets holdbarhed, samt varme og elektrisk ledningsevne, grafen bruges i udviklingen af ​​transistorer, sensorer, filtre og akkumulatorer.

RUDN-baserede forskere studerede varianten af ​​Diels-Alder-reaktionen, hvor to organiske forbindelser (alkyner og bis-diener) danner en forbindelse, der indeholder flere seks-leddede cyklusser. Reaktionen forløber forskelligt ved 25–80 °С og 140 °С:strukturerne dannet i det første tilfælde (4а, 8а-disubstitueret 1, 4:5, 8-diepoxynaphtalener) kaldes "addukter af tangtype, " og i det andet tilfælde (2, 3-disubstitueret 1, 4:5, 8-diepoxynaphtalener), "addukter af dominotypen." I begge tilfælde dannelsen af ​​et enkelt stof observeres (i stedet for en blanding, som i de fleste lignende tilfælde), og kun ét produkt kan isoleres med næsten kvantitativt udbytte.

De indledende forbindelser af reaktionen var furfural og dets derivater. De kan fås i næsten ubegrænsede mængder fra landbrugsaffald, herunder slagteaffald, solsikkefrøskaller og stilke, savsmuld, og flis af flere træsorter. Tilgængelighed og fornybarhed af syntetiske forbindelser baseret på disse er særligt vigtige på grund af udsving på oliemarkedet og udtømning af deres ressourcer i fremtiden.

"Det særlige ved den transformation, der er beskrevet i værket, ligger i, at de giver os fuldstændig kontrol over sammensætningen af ​​produkterne og giver os mulighed for individuelt at opnå de nødvendige stoffer. Dette høje niveau af kontrol over reaktionsforløbet opnås ved at ændre kun én parameter - dens temperatur. Næsten ingen lignende reaktioner har været kendt før vores forskning, " forklarede Fedor Zubkov, lederen af ​​gruppen, og adjunkt ved afdelingen for organisk kemi på RUDN.

Forfatterne af arbejdet udførte deres beregninger ved hjælp af tæthedsfunktionsteorien, der hjalp med at bestemme energiniveauerne for både overgangstilstanden af ​​Diels-Alder-reaktionen og de indledende og endelige produkter. Disse beregninger matcher de geometriske parametre for reaktionsprodukter opdaget ved hjælp af røntgenstrukturanalyse. Teoretiske beregninger udført i løbet af undersøgelsen vil hjælpe forskerne med at forudsige resultaterne af lignende interkonverteringer.

I løbet af det eksperimentelle arbejde, forskerne fandt optimale betingelser for selektiv reaktionskontrol, nemlig temperaturen og opløsningsmidlet (der kræves ingen katalysator). Afhængigt af arten af ​​indledende reagenser, processen tog fra 20 timer til 10 dage under stuetemperatur til 140 °С. Dette hjalp med at ændre forholdet mellem to isomere forbindelser (dvs. forbindelserne med lignende kemisk sammensætning men forskellig rumstruktur) dannet under reaktionen. Som resultat, forskerne formåede at bestemme reaktionsparametre, der førte til dannelsen af ​​kun tang-type (25-80 ° С) eller domino-type (140 ° С) addukter.

"Udover den teoretiske værdi, vores arbejde vil være nyttigt til behandling af menneskeskabt affald og til at identificere nye, billige vedvarende kilder til fin organisk syntese. I fremtiden planlægger vi at syntetisere biblioteker af stoffer til biologisk screening for at identificere biologisk aktive stoffer, sagde Ksenia Borisova, medforfatter til værket, og en postgraduat på RUDN.

Undersøgelsen blev udført sammen med forskerne fra Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds fra Det Russiske Videnskabsakademi og Engelgardt Institut for Molekylær Biologi fra Det Russiske Videnskabsakademi.