|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Стереозависимая редокс-активность и стереоселективные электрохимические превращения хиральных комплексов Ni(II) с основаниями Шиффа аминокислотНИР
Stereodependent redox activity and stereoselective electrochemical transformations of chiral Ni(II) Shiff-base complexes of amino acids
- Руководитель НИР: Магдесиева Т.В.
- Ответственный исполнитель: Левицкий О.А.
- Участники НИР: Агламазова О.И., Дулов Д.А.
- Подразделение: Кафедра органической химии
- Срок исполнения: 1 января 2018 г. - 31 декабря 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 18-03-00322\18
- Номер ЦИТИС: АААА-А18-118022890037-1
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Функциональные материалы, наноматериалы и технологии
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.21.15 Вопросы строения и стереохимия
- 31.21.17 Реакционная способность
- 31.21.18 Механизмы органических реакций
-
Ключевые слова:
электрохимическая активация, стереоселективный электросинтез, комплексы ni(ii)
stereoselective electrosynthesis, complexes ni(ii), electrocemical activation -
Описание:
Проект направлен на решение фундаментальной задачи, связанной с разработкой экологичных электрохимических методов стереоселективной функционализации органических соединений (аминокислот) в координационной сфере Ni(II) и изучением механизмов влияния стереоконфигурации изомерных соединений на кинетику и термодинамику реакций переноса электрона. Идея состоит в том, чтобы синтезировать широкий набор диастереомерных пар комплексов; выявить различия в их редокс-свойствах, определить электронные и пространственные факторы, их определяющие; изучить механизмы внутримолекулярного переноса заряда между различными редокс-центрами молекулы; и на основании полученных данных разработать новые методы стереонаправленной и стереозависимой электрохимической функционализации органических молекул в координационной сфере хиральных металлокомплексов. Главным результатом выполнения проекта должны стать разработанные новые методы электрохимически активируемого стереоселективного введения серу- и кислородсодержащих групп в аминокислоты, находящиеся в составе лигандной сферы комплексов Ni(II). С их помощью, будет синтезирована, выделена в диастереомерно чистом виде и надежно охарактеризована широкая серия новых хиральных комплексов Ni(II), которые являются прямыми прекурсорами соответствующих модифицированных хиральных аминокислот. Получение серии новых диастереомерных комплексов Ni(II) в оптически чистом виде позволит провести их детальное электрохимическое и квантово-химическое исследование и выявить фундаментальные механизмы влияния абсолютной конфигурации стереоцентров на редокс-свойства комплексов. До сих пор, нигде в мире подобные исследования не проводились. Решение комплексной задачи, поставленной в предлагаемом проекте, имеет важное значение не только с точки зрения расширения арсенала методов стереоселективного синтеза (которые крайне востребованы как в современной лабораторной практике, так и в промышленности), но и для понимания принципов функционирования природных редокс-ферментов, которые осуществляют органические процессы in vivo с высокой стереоселективностью.
-
Abstract:
The project is aimed at solving a fundamental problem related to the development of ecologically friendly electrochemical methods for stereoselective functionalization of organic molecules (amino acids) in Ni(II) coordination environment as well as the elucidation of the mechanisms for the influence of steric configuration on the electron transfer kinetics and thermodynamics. The main idea integrates several tasks: synthesis of a wide range of diastereomeric complexes; elucidation of the differences in their redox behavior and their origin; as well as the mechanisms providing intramolecular electron transfer . Based on the results obtained, novel methods for stereoselective and stereodependent electrochemical functionalization of organic molecules in the metal coordination environment will be developed. As the result of the project, new methods for stereoselective electrochemical methods for introduction of sulfur- and oxyden-containing groups in the α-position of the amino acids involved in the Ni(II) coordination environment will be developed. These approaches will allow obtaining a wide series of new chiral Ni(II) complexes which are direct precursors for corresponding modified chiral amino acids. Detailed electrochemical and quantum-chemical investigation of new diastereomeric complexes will allow elucidation of the fundamental mechanisms for the influence the absolute stereo configuration on their redox-properties. These investigations have not been performed yet. The multipurpose task suggested in the project is of great importance for broadening the scope of methods for stereoselective synthesis (which are extremely required in both laboratory practice and in industry) as well as for shedding a light on basic principles of functioning of redox enzymes which perform highly stereoselective organic reactions in vivo.
-
Планируемые результаты:
На начальном этапе выполнения проекта будет проведен синтез исходных комплексов Ni(II) c хиральным координационным окружением и будет проведено их всестороннее электрохимическое исследование. Поскольку дегидроаланиновые комплексы Ni(II), содержащие заместители при двойной связи, ранее не исследовались, одним из результатов первого года будут подробные данные о редокс-свойствах и механизмах электрохимического окисления и восстановления этих соединений. Для этого также будут привлечены результаты квантово-химических расчетов энергии и локализации граничных орбиталей комплексов. Полученные данные послужат основой для последующей разработки электрохимически активируемых реакций с участием указанных комплексов. С использованием двух альтернативных подходов, указанных на схеме 2, см. приложенный файл, будет проведен препаративный синтез комплексов Ni(II), функционализированных введением тиоалкильных групп в альфа-положение аминокислоты. Новые комплексы будут выделены в оптически чистом виде и надежно охарактеризованы с помощью широкого набора физико-химических методов. Сравнение химической и стереохимической эффективности двух альтернативных подходов позволит определить оптимальный путь синтеза этого класса соединений. С помощью гальваностатического электролиза, показанного на схеме 3, см. приложенный файл, будут синтезированы, выделены в индивидуальном оптически чистом виде и охарактеризованы диастереомерные пары комплексов Ni(II): (S,R)- и (S,S)- сериновые комплексы, а также (S,2R,3S)- и (S,2S,3R)-треониновые комплексы. Будет проведено вольтамперометическое и квантово-химическое исследование диастереомерных сериновых и треониновых комплексов Ni(II), определены значений потенциалов окисления и восстановления, устойчивость окисленной и восстановленной форм, области локализации электронных изменений при редокс-переходах. Результаты квантово-химического исследования позволят определить распределение электронной плотности в исходных комплексах и в их окисленных и восстановленных формах. На основании полученных данных будут выявлены различия в редокс-свойствах комплексов с противоположной конфигурацией аминокислотных хиральных центров и определена их возможная причина.
-
Научный задел:
1. Итогом выполнения предыдущего проекта явился целый ряд высокоэффективных электрохимически индуцируемых процессов стереоселективной функционализации аминокислот в координационной сфере Ni(II). Эти результаты показали перспективность начатого нами нового направления исследований, которое, безусловно, стоит продолжать и развивать . Получены новые комплексы Ni(II), которые ранее безуспешно пытались синтезировать традиционными методами. Накопленный опыт послужит основой выполнения настоящего проекта. Введение в реакцию замещенных дегидроаланиновых комплексов должно привести к образованию дополнительного стереоцентра, особенности стереоконтроля в этом непростом случае (три хиральных центра в молекуле) будут также изучены. 2. В ходе выполнения предыдущего проекта нами были получены гомологические ряды (S,R)- и (S,S)- биядерных Ni(II) комплексов диаминодикарбоновых кислот; проведено фундаментальное исследование (на базе экспериментальных данных и квантово-химических расчетов) их строения и обнаружено интересное явление поляризации молекул (S,R)- димеров. Это первый пример экспериментально подтвержденного различия в редокс-свойствах диастереомеров, которое не связано с различием геометрии координационного полиэдра центрального иона металла. Фундаментальные исследования влияния стереоконфигурации углеродного центра на редокс-свойства комплексов Ni(II) будут продолжены на новых объектах, полученных в ходе выполнения заявленного проекта. 3. Нами показано, что использование электрохимически генерированных оснований позволяет проводить количественное депротонирование аминокислотных комплексов Ni(II). Это позволяет проводить последующие многостадийные one-pot превращения с участием различных электрофилов, что невозможно реализовать при работе с равновесными смесями, образующимися при действии традиционных оснований. Этот подход планируется развивать дальше в настоящем проекте, для проведения многостадийной функционализации аминокислот в координационной сфере Ni(II). 4.
-
Основные результаты:
Основными задачами проекта являлись разработка новых электрохимически активируемых стереоселективных превращений диастереомерных комплексов Ni(II) с основаниями Шиффа аминокислот и фундаментальное исследование влияния стереоконфигурации α-аминокислотного центра в координационной сфере Ni(II) на свойства диастереомерных комплексов. Все, что было запланировано в проекте, выполнено, а в некоторых аспектах полученные результаты превосходят ожидаемые. Среди главных итогов выполнения проекта необходимо выделить следующие: 1. Разработан широкий набор электрохимически активируемых превращений, направленных на функционализацию аминокислот в координационной сфере хиральных шиффовых комплексов на основе (S)-2-[N-(N-бензилпролил)амино]бензофенона путем введения различных структурных фрагментов и функциональных групп в α- и β-положения аминокислоты. 1.1. Окислительное α-бромирование – получение хирального «электрофильного эквивалента глицина». Медиаторное анодное окисление сериновых комплексов привело к стереоселективному получению (S)-α-бромированного глицина в составе шиффова комплекса Ni(II). Комплекс интересен тем, что связь С-Br очень лабильна (BDE=27 ккал/моль) и легко расщепляется нуклеофилами, что позволяет рассматривать это соединение как удобный синтон – хиральный «электрофильный эквивалент глицина». 1.2. Разработаны два альтернативных способа α-тиоалкилирования аминокислоты с использованием хиральных эквивалентов глицина: «электрофильного» (one-pot реакция α-бромированного комплекса с алкилтиолом) и «нуклеофильного» (one-pot реакция электрохимически α-депротонированного глицинового комплекса с алкилтиоцианатом). Интересно, что оба подхода приводят к стереоселективному получению (S)-α-тиоалкилированной аминокислоты в составе комплекса. 1.3. Обнаружена интересная реакция, которая позволяет превратить α-тиоалкилированные аминокислоты в β-тиоалкилированные аналоги – производные цистеина. Показано, что S-алкилированный тиоалкильный комплекс (сульфониевая соль) может быть трансформирована под действием основания в илид, который in situ претерпевает [1,2]-миграцию серу-содержащего фрагмента. Это первый пример [1,2]-сдвига в координационной сфере металла. 1.4. Получены и выделены в индивидуальном виде диастереомерные пары новых β-тиоарилированных комплексов (производных цистеина), которые представляют собой крайне интересные объекты для изучения стереозависимой редокс-активности. Комплексы получены нуклеофильным присоединением замещенных тиофенолов (депротонированных с помощью электрогененируемого основания) к дегидроаланиновым комплексам Ni(II) , содержащим различные хиральные индукторы. 1.5. Показана принципиальная возможность стереоселективного электрохимического сульфоксидирования производных цистеина. 1.6. Разработан и оптимизирован в ходе выполнения проекта метод электрохимического стереоселективного α-гидроксиалкилирования аминокислот, входящих в координационную сферу иона металла в виде основания Шиффа. Метод оказался очень практичным и удобным и уже широко используется для наработки гомологических рядов диастереомерных комплексов (производных серина и треонина). С использованием данного метода был получен ранее не описанный сериновый комплекс, содержащий три атома хлора (в бензилпролиновом и бензофеноновом фрагментах), который явился прямым прекурсором для получения дегидроаланинового комплекса (AlaNi)Cl, который показал очень высокую стереоселективность в описанной выше реакции β-тиоарилирования (см. ниже п.3). 2. Получен широкий набор ранее неописанных шиффовых комплексов, которые являются прямыми прекурсорами хиральных аминокислот, многие из которых также ранее не описаны. 3. Синтезированы ранее не описанные сериновый и дегидроаланиновый комплекс со стереоиндуктором на основе (S)-пролина, модифицированный введением трех атомов хлора (в бензилпролиновый и бензофеноновый фрагменты), который обеспечивает гораздо более высокое стереонаведение, чем родоначальный индуктор на основе (S)-2-[N-(N-бензилпролил)амино]бензофенона 4. С привлечением спектральных, электрохимических методов и квантово-химических расчетов проведено исследование механизма новых превращений, разработанных в ходе проекта. Это составляет фундаментальную базу новых реакций и позволяет прогнозировать реакционную способность новых соединений. 5. Показана общность явления стереозависимой редокс-активности для шиффовых комплексов различных аминокислот. В результате выполнения синтетической части проекта, были получены представительные ряды диастереомерных комплексов, содержащих различные функциональные группы при α- или β-аминокислотном центре. Новые комплексы были подвергнуты тщательному электрохимическому и квантово-химическому исследованию, что позволило провести систематический анализ влияния конфигурации на свойства комплексов. Показано, что конформационные различия в 3D-структуре координационного окружения Ni(II), которые, в свою очередь, вызваны слабыми нековалентными взаимодействиями между различными фрагментами лигандной сферы (возможность реализации которых зависит от конфигурации аминокислотного центра), могут влиять на относительную энергию граничных орбиталей комплекса. Это явление лежит в основе рассматриваемого нами явления стереозависимой редокс-активности. Влияние конформационных изменений на энергию ВЗМО (потенциал окисления) комплекса удалось выявить на серии производных серина и треонина, а механизм влияния на НСМО (который находит отражение в потенциалах восстановления) – на серии производных цистеина. 6. Нековалентные 3D взаимодействия в координационной сфере металла приводят не только к изменению редокс-потенциалов диастереомеров, но и влияют на положение сигналов в ЯМР спектрах. Предложен спектральный метод определения абсолютной конфигурации α-аминокислотного центра в диастереомерных шиффовых комплексах аминокислот, на основе выявленной корреляции между химсдвигом протона Н-8 (орто-протон в фениленовом фрагменте шиффова комплекса) в 1Н ЯМР спектре и конфигурацией α-аминокислотного центра. Для комплексов на основе L-аминокислот характеристичный сигнал этого протона находится в области 8.45 – 8.60 мд, а для производных D-аминокислот сигнал сдвинут в сильное поле (δ 8.00 – 8.35 мд.). Сигналы легко различимы и удобны для детектирования, поэтому можно полагать, что метод будет взят на вооружение химиками, работающими с этим классом соединений.
- Добавил в систему: Магдесиева Татьяна Владимировна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Стереозависимая редокс-активность и стереоселективные электрохимические превращения хиральных комплексов Ni(II) с основаниями Шиффа аминокислот |
| Результаты этапа: В ходе первого года выполнения проекта работа велась в двух направлениях: 1. синтез Шиффовых комплексов Ni(II), модифицированных по α-положению аминокислоты введением серу- и кислород-содержащих групп; 2. Сравнительное электрохимическое и квантово-химическое исследование редокс-свойств полученных пар диастереомерных комплексов, с целью выяснения чувствительности и фундаментальных механизмов влияния конфигурации α- аминокислотных стереоцентров на электронные свойства комплексов. По каждому направлению были получены запланированные научные результаты. Предложено два альтернативных подхода к введению сульфанильных групп в α-положение аминокислоты: с помощью реакции электрохимически депротонированного глицинового комплекса (GlyNi) c алкилтиоцианатом и путем взаимодействия комплекса GlyNi, электрохимически бромированного в α-положение, с серу-содержащими нуклеофилами. Показано, что оба подхода приводят к образованию α-сульфанильного производного (S) конфигурации с высокой стереоселективностью. Новый электрохимический метод синтеза с использованием тиоцианатов более удобен, поскольку может быть реализован как one-pot процесс непосредственно из стартового глицинового комплекса. Нуклеофильное замещение по связи α-C-Br в бромированном глициновом комплексе под действием бензилсульфида, наиболее вероятно, протекает как SRN1 процесс с промежуточным образованием α-C-радикала, последующая атака нуклеофила протекает селективно, со стороны, противоположной бензильной группе пролинового фрагмента, приводя к (S) сульфанильным производным, независимо от конфигурации исходного α-бромида. Новые серу-содержащие хиральные комплексы Ni(II) охарактеризованы широким набором спектральных методов и данными РСА. Новые соединения представляют интерес как прекурсоры для последующей окислительной электрохимической модификации сульфанильного фрагмента, которая может привести к другим ранее неизвестным производным аминокислот. С помощью разработанного нами электросинтетического метода стереоселективного гидроксиалкилирования альфа- аминокислот, входящих в координационную сферу иона металла в виде основания Шиффа, были синтезированы гомологические ряды диастереомерных комплексов и проведено их вольтамперометрическое и квантово-химическое исследование. В результате были выявлены фундаментальные причины, определяющие ранее неизвестный механизм влияния стереоконфигурации α-аминокислотного центра в координационной сфере Шиффовых комплексов Ni(II) на редокс-свойства диастереомерных сериновых и треониновых комплексов Ni(II). Синтезированы хиральные комплексы Ni(II), содержащие Z- и E- 3-метилдегидроаланин, изучены области их электроактивности и механизм электрохимических процессов окисления и восстановления. | ||
| 2 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Стереозависимая редокс-активность и стереоселективные электрохимические превращения хиральных комплексов Ni(II) с основаниями Шиффа аминокислот |
| Результаты этапа: Получена серия ранее неописанных хиральных Шиффовых комплексов Ni(II), которые являются прямыми прекурсорами производных цистеина, арилированных по атому серы. Интерес к этому классу соединений обусловлен тем, что функционализированные аминокислоты входят в состав многих лекарственных препаратов, пептидомиметиков и биодобавок. Комплексы получены нуклеофильным присоединением тиофенолов к дегидроаланиновому комплексу. Для всех комплексов оба диастереомера выделены в индивидуальном виде и полностью спектрально охарактеризованы. Показано, что стереохимический результат реакции можно контролировать, меняя концентрацию электрогенерированного основания, тем самым переходя от кинетически контролируемого процесса (приводящего к эквимолярной смеси диастереомеров) к термодинамическому контролю (приводящему к (S)-изомеру). Найдена новая реакция, позволяющая получать комплексы замещенного цистеина, перегруппировкой α-сульфанильного комплекса под действием электрофильного реагента (CH3I). С целью изучения возможности дальнейшей направленной электрохимической окислительной функционализации диастереомерных серу-содержащих комплексов Ni(II), проведен расчет локализации ОЗМО и функций Фукуи для атаки нуклеофила по различным участкам молекулы в катион-радикальных диастереомерных α- и β-сульфанильных комплексах. Были выявлены существенные различия между α- и β-производными. На основании квантово-химического анализа геометрии и электронного строения катион-радикалов было показано, что в α-сульфанильных производных атом серы активирован для атаки радикальных реагентов, в то время как в β-сульфанильных комплексах – к атаке нуклеофила. Это открывает путь к стереоселективному электросинтезу хиральных сульфоксидов и ряда других серусодержащих производных аминокислот. Важно подчеркнуть, что возможна реализация именно стереозависимых превращений, поскольку только для (S)-изомера катион-радикала β-сульфанильного комплекса функционализация должна протекать региоселективно: подход нуклеофила возможен к одному из двух электрофильных центров (атому серы), в то время как атака по атому никеля исключена вследствие его пространственного экранирования. Экспериментальное исследование этих стереозависимых окислительных превращений будет задачей следующего года работы над проектом. Проведено детальное вольтамперометрическое исследование индивидуальных диастереомеров новых серусодержащих комплексов Ni(II): определены значения потенциалов редокс-переходов, устойчивость окисленной и восстановленной форм и возможные пути дальнейшей трансформации катион- и анион-радикалов. Показано, что восстановительная функционализация серусодержащих комплексов не имеет большого синтетического значения, т.к. «убирает» серусодержащий фрагмент из аминокислоты. Анализ электрохимических данных проведен в контексте результатов DFT расчетов локализации граничных орбиталей α- и β-сульфанильных комплексов. Полученные данные послужат фундаментальной основой для оценки возможности дальнейшей функционализации комплексов по тому или иному редокс-активному центру. | ||
| 3 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Стереозависимая редокс-активность и стереоселективные электрохимические превращения хиральных комплексов Ni(II) с основаниями Шиффа аминокислот |
| Результаты этапа: 1. В рамках решения основной задачи проекта – разработки новых стереоселективных методов функционализации органических молекул в координационной сфере металла – были продолжены начатые в прошлом году исследования β-тиоарилирования аминокислот. Полученные соединения являются новыми производными цистеина и представляют большой практический интерес. Важной составляющей успеха является выбор хиральной темплаты для реализации целевого превращения. Для проведения тиоарилирования аминокислот в качестве хирального индуктора ранее нами был использован дегидроаланиновый комплекс на основе (S)-2-[N-(N-бензилпролил)амино]бензофенона, что позволило получить представительный ряд β-тиоарилированных аминокислот в форме шиффовых комплексов с выходом около 70%. Однако стереоселективность реакции оказалась не слишком высока. Для ее улучшения было решено модифицировать дегидроаланиновый комплекс путем введения трех атомов хлора в бензофеноновый и хиральный бензилпролиновый фрагменты. В отчетном году был впервые получен и полностью охарактеризован новый дегидроаланиновый комплекс на основе хлорированного лиганда (-AlaNi)Cl. Его прямой предшественник – соответствующий сериновый комплекс – также ранее не был описан; он получен и охарактеризован впервые. Следует подчеркнуть, что сериновый комплекс был получен путем электрохимического синтеза, по методу, предложенному нами ранее, также в рамках работы над проектом. Электрохимический подход оказался очень практичным и удобным и уже широко используется для наработки сериновых и треониновых комплексов. Новый дегидроаланиновый комплекс (¬-AlaNi)Cl был введен в качестве акцептора Михаэля в реакцию тиоарилирования. Это позволило достичь очень высокой стереоселективности. Химические препаративные выходы целевых соединений достигают 80%. Это позволяет заключить, что новый дегидроаланиновый комплекс (-AlaNi)Cl, впервые предложенный и синтезированный в рамках проекта, является оптимальной хиральной темплатой для проведения стереоселективной функционализации аминокислот в координационной сфере Ni(II) путем реакций нуклеофильного присоединения. Следует подчеркнуть, что все тиоарилированные комплексы являются новыми. Кроме того, тиоарилированные производные D-цистеина, содержащие 4-CH3 и 2-Br заместители в ароматическом кольце, также ранее не были описаны. Необходимо отметить, что производные D-цистеина гораздо более редки, чем производные природного L-цистеина, поэтому все диастереомерные пары, полученные с использованием менее эффективного хирального индуктора (AlaNi)Н , также представляют значительный интерес. 2. В рамках проекта нами была обнаружена интересная реакция, в которую вступают алкилсульфониевые илиды – производные α-тиоалкилированных аминокислот. Это [1,2]-сдвиг в координационной сфере Ni(II), примеры которого ранее не были известны, позволяющий превратить α-тиоалкилированные аминокислоты в β-тиоалкилированные аналоги – производные цистеина. Нами был изучен механизм этого превращения, с использованием квантово-химических расчетов. Показано, что антисвязывающая орбиталь связи C-S лежит очень низко по энергии вследствие наличия мезомерных акцепторов при -атоме углерода. Делокализация электронной плотности илидного атома углерода за счёт этой антисвязывающей орбитали приводит к удлинению связи C-S и появлению ощутимой двоесвязанности между илидным углеродом и атомом серы. Этот эффект способствует [1,2]-миграции сульфанильной группы и делает этот процесс кинетически более благоприятным по сравнению с согласованным 6-ти электронным [2,3]-сдвигом, который можно было бы ожидать для илида и который, как правило, имеет меньший активационный барьер, чем 4-х электронный радикальный путь. Кроме того, стерическая нагруженность координационной сферы никеля в шиффовом комплексе затрудняет образование α,α-дизамещенных производных аминокислот и также способствует получению производных цистеина. 3. В ходе работы над проектом получен широкий ряд комплексов Ni(II) (в виде пар индивидуальных диастереомеров), содержащих тио- и гидроксиалкильные группы, связанные с хиральным центром. Это позволило провести фундаментальный сравнительный анализ влияния стереоконфигурации α-аминокислотных центров на редокс-свойства соединений с хиральным лигандным окружением. Оказалось, что две перечисленные серии соединений дополняют друг друга. Анализ гидроксиалкильных производных аминокислот позволил провести сравнение влияния конфигурации стереоцентра на потенциалы окисления комплексов (процесс восстановления оказался необратим, что препятствует корректному сравнению), а для тиоалкильных производных наблюдается обратная картина: процесс восстановления квази-обратим, тогда как окисление сопровождается координацией атома серы по иону никеля, что приводит к необратимому окислению. Таким образом, изучение двух серий позволило рассмотреть оба процесса. Оказалось, что потенциалы как окисления, так и восстановления диастереомерных шиффовых комплексов зависят от конфигурации α-аминокислотного центра. Однако потенциалы окисления оказались более чувствительными: различие достигает 80 мВ и в два раза превышает аналогичную величину для гомологов (серина и треонина). Максимальное различие в потенциалах восстановления диастереомерных производных цистеина, которое удалось наблюдать для исследованной серии соединений, составляет 40 мВ. Это достаточно значимое отличие, которое позволяет заключить, что слабые нековалентные взаимодействия в координационной сфере металла влияют и на энергию НСМО комплекса. Необходимо подчеркнуть, что наблюдаемое явление стереозависимой редокс-активности, обнаруженное для стереоизомерных шиффовых комплексов аминокислот, представляет интерес не только с фундаментальной точки зрения (как новый пример слабых взаимодействий в координационной сфере металла, существенно влияющих на электронные свойства комплекса), но и с практической точки зрения, в плане разработки новых подходов к распознаванию стереоизомеров аминокислот. 4. Проведены квантово-химические исследования механизма медиаторного окисления сериновых комплексов, приводящего к образованию α-бромированных шиффовых комплексов. Этот необычный процесс был обнаружен на первом году работы над проектом, но для понимания целостной картины необходимо было прояснить ряд моментов. Квантово-химические расчеты позволили объяснить наблюдаемый стереохимический результат реакции (образуется только (S)-изомер α-бромированной аминокислоты, независимо от конфигурации исходного серинового комплекса). Атака объемного бромирующего агента (TEMPO+Br3-) по α-углеродному атому в -радикале, образующемся в результате окислительного расщепления связи Cα-Cβ возможна только с одной стороны, которая не экранирована бензильной группой пролина, «нависающего» над координационной плоскостью Ni. Образование аддукта с ТЕМПО было подтверждено экспериментально. В результате препаративного электролиза в разделенной ячейке при потенциале 0.9 V vs. Ag/AgCl/KCl(sat) (достаточном для окисления ТЕМПО, но менее анодном, чем потенциал окисления серинового комплекса) был выделен соответствующий аддукт и его строение подтверждено спектрально (ЯМР, HRMS). Бромированный комплекс представляет большой интерес как удобный синтон для дальнейшей стереоселективной функционализации аминокислот, поскольку он представляет собой хиральный «электрофильный эквивалент глицина». 5. Благодаря тому, что был синтезирован новый (-AlaNi)Cl, комплекс, в котором уязвимый для окисления фениленовый фрагмент (приводящий к димеризации катион-радикалов комплексов по пара-положению фениленового фрагмента) блокирован атомом хлора, удалось получить β-тиоарилированные производные аминокислоты, которые могут служить подходящими объектами для последующей электроокислительной функционализации по атому серы. В отчетном году было показано, что взаимодействие катион-радикала тиоарилированного комплекса с (S)-конфигурацией α-аминокислотного центра с гидроксид-анионом привело к образованию хиральных сульфоксидов с выходом 80%. Это интересный результат и крайне важный в синтетическом отношении, поскольку открывает путь к получению ценных и малодоступных производных аминокислот. Исследования в этом направлении будут продолжены. В частности, необходимо будет определить конфигурацию вновь образующегося стереоцентра. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".