КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 18-73-00088

НазваниеСтратегия С(sp2)-Н функционализации в циклических азометиновых системах как высокоэффективный PASE-подход в дизайне перспективных фармакоактивных соединений и полициклических лигандов многоцелевого назначения

РуководительВараксин Михаил Викторович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Свердловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2018 - 06.2020 

Конкурс№29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений

Ключевые словаС-Н функционализация, концепция PASE, азагетероциклы, N-оксиды, биомолекулы, нуклеофильное замещение водорода

Код ГРНТИ31.21.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Настоящий проект направлен на решение задачи направленного конструирования новых би- и полифункциональных гетероциклических систем. Ключевым синтетическим приемом в рамках данного проекта является PASE (Pot, Atom, Step, Economic) ориентированная методология С-Н функционализации циклических азометиновых и полиазосодержащих гетероароматических субстратов. Разрабатываемые в рамках проекта синтетические PASE методы соответствуют базовым принципам зеленой химии в части оптимизации числа промежуточных стадий, минимизации потерь и побочных продуктов, а также отказа от использования вредных и опасных для окружающей среды веществ. Новые би- и полигетероциклические органические ансамбли, представляющих интерес в дизайне перспективных физиологически активных соединений и материалов органической электроники, будут синтезированы, их свойства будут изучены.

Ожидаемые результаты
В результате проведенных исследований будут разработаны простые и эффективные PASE (Pot, Atom, Step Economy) подходы направленного конструирования новых би- и полифункциональных гетероциклических систем разнообразной архитектуры. Будет проведено комплексное исследование реакционной способности циклических азометиновых субстратов неароматической природы, а также полиазотсодержащих N-оксидов в реакциях прямой нуклеофильной функционализации связи С(sp2)–H. Будут реализованы некатиализируемые переходными металлами С–С сочетания азагетероциклических субстратов на основе имидазолов, пиразинонов, триазолов с нуклеофильными реагентами, включая полифторарилсодержащие производные, а также катализируемые переходными металлами окислительные С–H/С–H и С–H/N–H кросс-сочетания. Предложенные в рамках проекта ресурсосберегающие синтетические приемы направлены на решение стратегической задачи конструирования с атомной точностью целевых молекул (перспективных физиологически активных соединений, материалов органической электроники и др.) путем создания новых С–С и С–N связей в соответствии с базовыми принципами зеленой химии.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В результате проведенных исследований на первом этапе проекта предложены простые и эффективные PASE (Pot, Atom, Step Economy) подходы направленного конструирования новых би- и полифункциональных гетероциклических систем разнообразной архитектуры. Проведено исследование реакционной способности циклических азометиновых субстратов неароматической природы в реакциях прямой нуклеофильной функционализации связи С(sp2)–H. В частности, предложен и успешно реализован оригинальный атом-экономичный синтетический подход, основанный на стратегии палладий-катализируемых кросс-дегидрогенативных сочетаний (CDC) неактивированных 2H-имидазол-1-оксидов с π-избыточными гетероциклами (пирроллами и тиофенами), для синтеза ранее неизвестных бигетероциклических N-оксид-содержащих органических ансамблей. Получены новые сведения о механизме процесса C–H функционализации. Разработан однореакторный региоселективный синтетический подход к новым 3,6-дизамещенным 1-метилпиразин-2(1Н)онам, основанный на некатализируемой переходными металлами трехкомпонентной реакции пиразинонового субстрата с магнийорганическими реагентами с последующим взаимодействием с разнообразными электрофилами. Данные превращения представляют собой первые примеры теле-нуклеофильного замещения водорода (SNH), приводящие к получению новых полифункциональных 3,6-дизамещенных производных пиразинона.

 

Публикации

1. Акулов А.А., Вараксин М.В.,Чарушин В.Н., Чупахин О.Н. Direct Functionalization of C(sp2)-H Bond in Nonaromatic Azaheterocycles: Palladium-Catalyzed Cross-Dehydrogenative Coupling (CDC) of 2 H-Imidazole 1-Oxides with Pyrroles and Thiophenes ACS OMEGA, Том: 4 Выпуск: 1 Стр.: 825-834 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1021/acsomega.8b02916

2. Мампуйс П., Мосеев Т.Д., Вараксин М.В., Де Synthesis of Functionalized Pyrazin-2(1H)-ones via Tele-Nucleophilic Substitution of Hydrogen Involving Grignard Reactants and Electrophiles Organic Letters, том 21, выпуск 8, стр. 2699–2703 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1021/acs.orglett.9b00681

3. Акулов A.A., Вараксин М.В., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. ПАЛЛАДИЙ-КАТАЛИЗИРУЕМЫЕ КРОСС-ДЕГИДРОГЕНАТИВНЫЕ (CDC) СОЧЕТАНИЯ 2Н ИМИДАЗОЛ-1-ОКСИДОВ С ПИРРОЛАМИ И ТИОФЕНАМИ: ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ МЕХАНИЗМА РЕАКЦИЙ Тезисы докладов Научной конференции "Динамические процессы в химии элементоорганических соединений", посвященной 115-летию со дня рождения академика Б.А. Арбузова, 59 (год публикации - 2018)

4. Акулов А.А., Вараксин М.В., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. Pd(II)-КАТАЛИЗИРУЕМЫЕ ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ С-Н/С-Н КРОСС- СОЧЕТАНИЯ 2Н‑ИМИДАЗОЛ-1-ОКСИДОВ С ПИРРОЛАМИ И ТИОФЕНАМИ В СИНТЕЗЕ НОВЫХ БИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ Сборник тезисов V Всероссийской с международным участием конференции по органической химии, 169 (год публикации - 2018)

5. Вараксин М.В., Акулов А.А., Мосеев Т.Д., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. STRATEGY OF DIRECT C(sp2)–H FUNCTIONALIZATION IN NON-AROMATIC AZAHETEROCYCLES AS AN EFFICIENT APPROACH TOWARDS NOVEL 2H-IMIDAZOLE DERIVATIVES Тезисы докладов 2-ой международной конференции "Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов" (MOSM 2018), PR-28 (год публикации - 2018)

6. Вараксин М.В., Мосеев Т.Д., Акулов А.А., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. Nucleophilic C(sp2)-H Bond Functionalization in Heteroarоmatics as a Pot, Atom, and Step Economical (PASE) approach to the Novel Heterocyclic Derivatives Abstracts of the 14th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry, PA(C)-40 (год публикации - 2018)


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В результате проведенных исследований на втором этапе проекта разработаны удобные PASE (Pot, Atom, Step Economy) подходы направленного конструирования новых би- и полифункциональных гетероциклических систем разнообразной архитектуры. Проведено дополнительное исследование реакционной способности циклических азометиновых субстратов неароматической природы в реакциях прямой нуклеофильной С(sp2)–H функционализации. В частности, впервые была проведена прямая нуклеофильная C–H-модификация циклического альдонитрона, производного 2H-имидазол-1-оксида, фрагментами имидазола и 3,5-диметилпиразола при использовании катализируемых палладием (II) реакций окислительного C–N-кросс-сочетания. Полученные новые бигетероциклические N-оксиды могут представлять интерес в качестве перспективных биоактивных молекул и функциональных органических материалов. Были синтезированы новые полифторарилированные 2H-имидазолы с хорошими выходами в результате прямой нуклеофильной модификации посредством реакций нуклеофильного замещения водорода по схеме «Присоединение – Отщепление» (SNH AE) в 2H-имидазол-1-оксидах при использовании пентафторфениллития в качестве нуклеофильного реагента. Было проведено комплексное исследование дезоксигенативных С-С (SNH AE) превращений, а также фотофизических свойства синтезированных 4-(перфторфенил)-5-арил-2H-имидазолов. Было обнаружено, что некоторые из полученных перфторарилзамещенных 2H-имидазолов, проявляя эффект внутримолекулярного переноса заряда, представляют интерес в качестве перспективных пуш-пульных флуорофорных систем в дизайне флуорометрических сенсорных материалов.

 

Публикации

1. Акулов А.А., Вараксин М.В., Чарушин В.Н., Чупахин О.Н. The first example of palladium(II)-catalyzed oxidative C–N cross coupling of 2H-imidazole 1-oxide with azoles Chemistry of Heterocyclic Compounds, 55, 8, 783–787 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1007/s10593-019-02536-z

2. Мосеев Т.Д., Вараксин М.В., Горлов Д.А., Чарушин В.Н., Чупахин О.Н. Transition Metal-Free C-H/C-Li Coupling of Non-Aromatic 2Н-Imidazole 1-oxides with Pentafluorophenyl Lithium in the Design of Novel Fluorophores with Intramolecular Charge Transfer (ICT) Effect Journal of Organic Chemistry, - (год публикации - 2020)

3. Акулов А.А., Вараксин М.В., Чарушин В.Н., Чупахин О.Н. PdII-catalyzed C–H/N–H cross-coupling of 2H-imidazole 1-oxide with azoles in the design of novel biheterocyclic systems Book of abstracts of 4th Russian Conference on Medicinal Chemistry (MedChem Russia 2019), 150 (год публикации - 2019)

4. Акулов А.А., Вараксин М.В., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. CHEMODIVERGENCE IN METAL-CATALYZED CROSS-DEHYDROGENATIVE COUPLING REACTIONS OF 2H-IMIDAZOLE 1-OXIDES WITH 1H-PYRROLE Book of abstracts of 3rd International Conference «Modern Synthetic Methodologies for Creating Drugs and Functional Materials» (MOSM2019), PR-4 (год публикации - 2019)

5. Акулов А.А., Вараксин М.В., Чупахин О.Н., Чарушин В.Н. TRANSITION METAL-CATALYZED CROSS-DEHYDROGENATIVE COUPLING OF CYCLIC NITRONES WITH NH-HETEROAROMATICS: A CONVENIENT APPROACH TO CREATING NEW C–C AND C–N BONDS Book of abstracts of Markovnikov Congress on Organic Chemistry, 5 (год публикации - 2019)

6. Мосеев Т.Д., Вараксин М.В., Мампуйс П., Чупахин О.Н., чарушин В.Н., Маес Б.У.В. Double Functionalization of N-Methyl-pyrazin-2(1H)-ones via Tele Nucleophilic Substitution of Hydrogen (SNH) Involving Grignard Reactants and Electrophiles Book of abstracts of 20th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis, P-235, 284 (год публикации - 2019)

7. Чурушин В.Н., Вараксин М.В., Чупахин О.Н. C(sp2)–H FUNCTIONALIZATION STRATEGY IN THE CHEMISTRY OF BOTH AROMATIC AND NON-AROMATIC AZAHETEROCYCLES Book of abstracts of Markovnikov Congress on Organic Chemistry, 9 (год публикации - 2019)


Возможность практического использования результатов
Предложенные в рамках проекта PASE (Pot, Atom, Step Economy) синтетические подходы, отвечающие высоким стандартам соответствия базовым принципам зеленой химии в части оптимизации числа промежуточных стадий, минимизации потерь и побочных продуктов, а также отказа от использования вредных и опасных для окружающей среды веществ, позволяют конструировать новые би- и полифункциональные гетероциклические системы разнообразной архитектуры. Полученные в рамках проекта новые органические соединения, содержащие фармакоактивные структурные единицы, такие как биазагетероциклические, фтораеновые, пиразинононовые, N-оксидные фрагменты и др., представляют интерес в дизайне перспективных физиологически активных веществ, а также перспективных материалов для органической электроники и других областей материаловедения.