ИСТИНА

Впервые показано, что простой и легко доступный аллил-карбеновый комплекс палладия, не содержащий по соседству с металлом объемных заместителей, может быть с успехом использован для гомогенного и гетерогенного катализа реакций кросс-сочетания в водных средах. Выявлена довольно большая универсальность нового комплекса в реакциях Сузуки, Хека и Соногаширы. Разработаны удобные и надежные методы кросс-сочетания с участием терминальных ацетиленов, 5-иод-1,2,3-триазолов и галогенпиридинов. Отличительной чертой разработанного подходов является высокие скорости и выход целевых продуктои, простота их выделения. Разработана новая каталитическая система на основе ацетиленида меди и DMAP lдля реакций [3+2]циклоприсоединеия азидов к терминальны ацетиленам и иодацетиленам.

Карбеновые комплексы палладия являются эффективными катализаторами процессов образования связи углерод-углерод [1, 2]. Из множества подобных реакций, прежде всего, следует отметить реакции Сузуки [3], Хека [4] и Соногаширы [5], которые находят широкое применение в современном органическом синтезе в качестве ключевых методов синтеза практически важных полифункциональных биарилов, арилированных олефинов и ацетиленов, а также их гетероциклических аналогов. О значимости работ в этой области свидетельствует присуждение Нобелевской премии по химии 2010 г. проф. Негиши, Сузуки и Хеку, выполнивших пионерские исследования каталитических реакций кросс-сочетания. На этапе проекта 2010 г. было показано, что комплексы палладия с синтетически доступными карбеновыми лигандами, например, (N,N?-дибензилбензимидазол-2-илиден) (?3-циннамил)палладий хлорид (1), являются очень эффективными катализаторами реакций кросс-сочетания в водных средах. Во-вторых, синтез этих комплексов в условиях ультразвукового облучения значительно облегчается. В-третьих, было найдено, что реакции кросс-сочетания при катализе карбеновыми комплексами палладия в условиях ультразвукового облучения могут протекать при комнатной температуре даже с участием малоактивных арилхлоридов. Основные исследования этапа проекта 2011 г. были направлены на разработку удобных и экологичных методов синтеза гетероцикличесих соединений. 1. Применение новых каталитических систем для синтеза гетероциклических соединений Из множества гетероциклических соединений, к синтезу которых применима методология каталитического кросс-сочетания, для проверки реальных синтетических возможностей разработанных катализаторов были выбраны 1,2,3-триазолы и пиридины. 1.1. Синтез 1,2,3-триазолов 1,2,3-Триазолы являются важным классом гетероциклических соединений вследствие их большого практического значения в самых различных областях, включая использование в качестве лекарственных соединений, агрохимикатов, красителей, ингибиторов коррозии изделий из меди и медных сплавов, фотостабилизаторов и фотоматериалов [6]. Наиболее общим методом получения 1,2,3-триазолов в настоящее время является 1,3-диполярное циклоприсоединение азидов к терминальным алкинам [7]. Первоначально нами был разработан удобный метод получения арил- и гетероарилацетиленов с применением карбеновых комплексов палладия при ультразвуковом облучении в водных средах. 1.1.1. Получение арил(гетероарил)ацетиленов по реакции Соногаширы В настоящее время реакция Соногаширы, заключающаяся в конденсации терминальных ацетиленов с арилгалогенидами при одновременном катализе палладием и медью, представляет собой наиболее прямой и универсальный метод образования связи углерод-углерод между атомами углерода в sp- и sp2-гибридизированных состояниях. Реакция находит широкое применение в синтезе природных продуктов, биологически активных соединений, материалов для электроники и нелинейной оптики, дендримеров и полимеров [5]. Обычно реакция проводится в присутствии основания (чаще всего используются амины), каталитических количеств фосфинового комплекса палладия и иодида меди в среде органического растворителя. Несмотря на огромное количество работ, посвященных исследованию и применению реакции Соногащиры в органическом синтезе, разработка более эффективных и экологически приемлемых вариантов реакции остается актуальной и важной задачей [8]. На примере взаимодействия фенилацетилена и пропаргилового спирта с арилгалогенидами (рис. 1) показано, что смешанный аллил-карбеновый комплекс палладия - (N,N?-дибензилбензимидазол-2-илиден) (?3-циннамил)палладий хлорид (1), являются эффективным катализатором реакции Соногаширы в воде в отсутствие органического растворителя. Реакции проводили при ультразвуковом облучении на воздухе при использовании в качестве основания K2CO3 (3 моль на 1 моль ArX) в комбинации с 20 мол% трибутиламина (в расчете на ArX) для всех типов субстратов в присутствии 0.1 мол% комплекса 1 и 5 мол% CuI. Активность этой каталитической системы оказалась достаточно высокой, чтобы за 10 мин при комнатной температуре проводить реакции с участием арилиодидов, а при температуре 100 оС - реакции арилбромидов. Реакции арилгалогенидов с пропаргиловым спиртом для целей данного раздела проекта наиболее интересны, поскольку образующиеся при этом 3-арилпропаргиловые спирты количественно превращаются в соответствующие арилацетилены в результате окисления-декарбонилирования при действии технической MnO2 и KOH в среде хлористого метилена при облучении ультразвуком (рис. 3). Рис. 1. Примеры синтезированных по реакции Соногаширы ацетиленовых соединений при катализе комплексом 1 в воде при ультразвуковом облучении Синтез комплекса 1 выполнен по ранее разработанной методике (рис. 2). Комплекс получен in situ и применялся в виде 0.01 М раствора в изопропаноле. Рис. 2. Схемы синтеза комплекса 1 при ультразвуковом облучении Обычно для синтеза арилацетиленов используют дорогостоящий триметилсилилацетилен или 2-метил-3-бутин-2-ол. Во втором случае расщепление 4-арил-2-метил-3-бутин-2-ола проводят действием щелочи при высокой температуре, что не позволяет получать арилацетилены с чувствительными функциональными группами. На основе анализа литературы и собственных результатов для реакций терминальных ацетиленов с арилгалогенидами нами предложен механизм кросс- Рис. 3. Окисление-декарбонилирование 3-арилпропаргиловых спиртов под действием MnO2-KOH сочетания, включающий два сопряженных каталитических цикла: в одном цикле происходит обычное кросс-сочетание с участием комплексов Pd(0) и Pd(II), в другом – в каталитических количествах генерируется медьорганическое соединение (в виде соответствующего купрата) из терминального ацетилена, CuI и основания. Рис. 11. Предполагаемый механизм реакции Соногаширы Сопряжение 2-х циклов происходит через арильный комплекс палладия [Ar-Pd-I] и купрат [RC?CCuI]-Bu3NH+. В реакции переметаллирования между ними получается трибутиламмоний иодид Bu3NHI и палладиевый интермедиат [Ar-Pd-C?CR], который претерпевает восстановительное элиминирование с образование продукта кросс-сочетания и комплекса Pd(0). Аммонийная соль Bu3NHI под действием поташа в водной фазе превращается в трибутиламин. Рассматриваемое в ряде работ участие в каталитическом цикле на стадии переметаллирования не купрата, а соответствующего ацетиленида меди, представляется менее вероятным, поскольку мы показали, что заведомо синтезированный фенилацетиленид меди реагирует с арилиодидами при катализе палладием в довольно жестких условиях. Однако, если катализируемую палладием реакцию независимо полученного фенилацетиленида меди с арилиодидами проводить в присутствии иодида натрия, который образует с полимерным PhC?CCu растворимый в органических растворителях купрат [PhC?CCuI]-Na+, то кросс-сочетание протекает быстро уже при комнатной температуре. В ходе проведения этих стехиометрических реакций мы обнаружили, что фенилацетиленид меди чрезвычайно легко образуется из эквивалентного количества фенилацетилена, CuI и трибутиламина в хлористом метилене при ультразвуковом облучении. Особенно быстро образование ацетиленида меди протекает при предварительном ультразвуковом облучении суспензии CuI в хлористом метилене в присутствии амина (4-диметиламинопиридина, DMAP). В этих условиях иодид меди практически полностью растворяется, по-видимому, вследствие разрушения полимерной структуры и образования олигомерных комплексов с DMAP. Эти результаты и наблюдения позволили усовершенствовать известные методы [3+2]-циклоприсоединения азидов к ацетиленам. 1.1.2. [3+2]-Циклоприсоединение азидов к ацетиленам Катализируемое медью(I) циклоприсоединение азидов к терминальным ацетиленам, “click chemistry” (чистая химия, химия в одно касание) является в настоящее время общепризнанным подходом к синтезу 1,4-дизамещенных 1,2,3-триазола с разнообразными заместителями (см. обзор[9]). Этот подход широко применяется как в самом органическом синтезе, так и в медицинской химии, химии поверхности и полимеров. Несмотря на кажущуюся простоту реакции, ее механизм включает в себя несколько стадий с участием координационные комплексов меди(I) (рис.12). Ключевыми стадиями процесса является образование ацетиленида меди(I), координация по атому меди азидного атома азота и депротонирование триазольного происводного меди. Рис. 12. Рассматриваемый в литературе механизм катализируемого медью [3+2]-циклоприсоединения азидов к ацетиленам Анализ литературных данных по условиям проведения реакции позволил модифицировать известные методики за счет применения в качестве медного катализатора заведомо синтезированного фенилацетиленида меди, в качестве основания-лиганда 4-диметиламинопиридина и в качестве источника протонов уксусную кислоту. Реакция проводилась в хлористом метилене при ультразвуковом облучении: смесь 0.01 ммоль PhC?CCu и 0.02 ммоль DMAP в 0.4 мл хлористого метилена в реакционном сосуде облучали на ультразвуковой бане 5 мин, затем прибавили 1.05 ммоль бензилазида, 1 ммоль фенилацетилена, 0.02 ммоль уксусной кислоты и 1.6 мл хлористого метилена. Реакционную смесь облучали на ультразвуковой бане в течение 10 мин. Затем смесь профильтровали через слой силикагеля и после испарения растворителя получили 0.230 г (97%) 1-бензил-4-фенил 1Н-1,2,3-триазола: белый кристаллический порошок, т.пл. 128- 129 оС (лит.т.пл. 129-129.5 оС); 1Н ЯМР (400 мГц, CDCl3): ? 7.82 -7.75 (м, 2H), 7.67 (с, 1H), 7.41-7.20 (м, 8H), 5.49 (с, 2H); 13С ЯМР (100 мГц, CDCl3): ? 148.0, 134.6, 130.4, 128.9 , 128.6 , 128.5, 127.9, 127.8 , 125.5 119.6, 53.9. Необходимо отметить, что каталитическая систама, полученная in situ из фенилацетилена, CuI и DMAP, проявляет схожую активность как в реакциях с терминальными ацетиленами, так и в реакциях с иодацетиленами. На рис. 13 представлены структуры синтезированных 1,2,3-триазолов. Рис.13. Примеры синтезированных 1,2,3 –триазолов Синтез 5-иодпроизводных 1,2,3–триазолов проводили по аналогичной методике, но без добавок уксусной кислоты. Реакция проводилась в хлористом метилене при ультразвуковом облучении: смесь 0.01 ммоль PhC?CCu и 0.02 ммоль DMAP в 0.4 мл хлористого метилена в реакционном сосуде облучали на ультразвуковой бане 5 мин, затем прибавили 1.05 ммоль бензилазида, 1 ммоль фенилацетилена, 0.02 ммоль уксусной кислоты и 1.6 мл хлористого метилена. Реакционную смесь облучали на ультразвуковой бане в течение 10 мин. Затем смесь профильтровали через слой силикагеля и после испарения растворителя получили 0.347 г (96%) 1-бензил-5-иод-4-фенил-1Н-1,2,3-триазола; 1H ЯМР (400 мГц, CDCl3): ? 7.93 (д, J = 7.0 Hz, 2H), 7.48–7.42 (м, 8H), 5.67 (с, 2H); 13C ЯМР (100 мГц, CDCl3): ? 150.7, 134.5, 130.4, 129.2, 128.7, 128.8, 128.6, 128.3, 127.8, 76.5, 54.7. Следует отметить, что в отсутствие ультразвука реакция также протекает при комнатной температуре, но для полной конверсии требуется не 10 мин, а 40-50 мин. На рис. 14 представлены структуры полученных 5-иод-1,2,3-триазолов. Рис.14. Примеры синтезированных 5-иод-1,2,3 –триазолов Циклоприсоединение к 5-иод-1,2,3-триазолов, по-видимому, протекает по аналогичному механизму с промежуточным образованием комплекса арилацетиленида меди с азидом, но образующийся далее медьсодержащий триазольный интермедиат подвергается не протолизу (рис. 12), а вступает в обмен металл-галоген с 1-иод-фенилацетиленом с образованием 5-иод-1,2,3-триазола и регенерацией ацетиленида меди. Далее цикл превращений повторяется (рис 15). Рис.15. Схема обмена металл-галоген медьсодержащего интермедиата с иодацетиленом Таким образом, разработанная каталитическая система (PhC?CCu - DMAP) при ультразвуковом облучении позволила проводить циклоприсоединение азидов к терминальным ацетиленам и иодацетиленам в очень мягких условиях с высокими выходами. Синтезированные 1-бензил-5-иод-4-арил-1Н-1,2,3-триазолы были испытаны в качестве субстратов в реакции Сузуки. 1.1.3. Реакции кросс-сочетания с участием галогенпроизводных 1,2,3-триазолов На предыдущем этапе проекта для реакций кросс-сочетания, включая реакцию Сузуки, была разработана новая модификация, эффективность которой обусловлена использованием катализаторов на основе аллил-карбенового комплекса палладия 1, ультразвукового облучения и водных сред без добавок органических растворителей. Именно эта методика и была использована для реакций 5-иод-1,2,3-триазолов с арилборными кислотами. Ожидаемые 5-арил-1Н-1,2,3-триазолы согласно литературным данным могут обладать широким спектром физиологической активности, см. например, [10]. Реакции кросс-сочетания 1-бензил-5-иод-4-арил-1Н-1,2,3-триазолов проводили по следующей методике: смесь 1 ммоля соответствующего 5-иод-1,2,3-триазола, 1.2 ммоля арилборной кислоты, 2.5 ммоля K2CO3 и 0.1 мол% аллил-карбенового комплекса Pd (1) (рис. 2) (0.1 мл 0.01М раствора 1 в изопропаноле) в 5 мл воды нагревали при 100 оС на ультразвуковой бане 15 мин. Реакционную смесь после охлаждения экстрагировали этиацетатом, высушили сульфатом натрия, разбавили равным объемом петролейного эфира и профильтровали через небольшой слой смеси силикагеля с безводным K2CO3 (для удаления следов арилборной кислоты). После удаления растворителя на роторе получили 0.294 г (94%) 1-бензил-5-(пиридин-4-ил)-4-фенил-1Н-1,2,3-триазола. 1H ЯМР (400 МГц, CDCl3): ? 8.59 (с, 2H), 7.51–7.47 (м, 2H), 7.29–7.24 (м, 6H), 7.07–6.97 (м, 4H), 5.47 (с, 2H); 13C ЯМР (100 мГц, CDCl3): ? 150.4, 145.5, 136.9, 135.3, 131.2, 130.4, 129.2, 129.1, 128.9, 128.4, 127.6, 127.2, 124.6, 52.9. На рис. 16 представлены примеры синтезированных 1-бензил-4-арил-5-(пиридин-4-ил)- 1Н-1,2,3-триазолов. Рис. 16. Синтезированные 1-бензил-4-арил-5-(пиридин-4-ил)- 1Н-1,2,3-триазолы Для сравнения: согласно литературным данным реакция Сузуки 5-иод-1,2,3-триазолов с арилборными кислотами протекает с высокими выходами в водном диоксане за 30 мин при катализе 2 мол% Pd(PPh3)4 при 150 оС при микроволновом облучении [11] или в ТГФ 70 оС за 4-5 ч при катализе 4 мол% PdCl2(PPh3)2 [12]. Таким образом, в этом разделе проекта была разработана модифицированная методика проведения реакции Сузуки с участием 5-иод-1,2,3-триазолов в водных средах. Эффективность предложенной модификации реакции, по-видимому, обусловлена одновременным использованием наиболее активных палладиевых катализаторов, ультразвукового облучения и водных сред без добавок органических растворителей. 1.2. Синтез замещенных пиридинов Реакции кросс-сочетания с участием гетероциклических соединений вызывают повышенный интерес исследователей, поскольку соединения это типа находят самое широкое применение от фармацевтических препаратов до специальных материалов для современных технологий [13]. Поскольку наибольшее число публикаций в этой области посвящено изучению реакций пиридин-содержащих реагентов, в этом разделе проекта мы провели испытания каталитической системы на основе аллил-карбенового комплекса палладия 1, ультразвукового облучения и водных сред в реакциях с участием галоген-замещенных пиридинов. 1.2.1. Сравнение реакционной способности хлор-, бром- и иодпиридинов в модельных реакциях кросс-сочетания различного типа Традиционно галогенпиридины считаются проблемными субстратами для катализируемых палладием реакций кросс-сочетания, и причина этого, по-видимому, заключается в возможности дополнительной координации атома азота пиридинового кольца по палладию и уменьшении активности катализатора [14]. Для решения этой проблемы существуют два очевидных подхода: во-первых, в качестве катализаторов нужно использовать комплексы с бидентатными лигандами, которые сильнее координируются с палладием по сравнению с монодентатными лигандами и блокируют координацию пиридинового лиганда; во-вторых, применять самые активные катализаторы, эффективность которых от дополнительной координации молекул пиридинового субстрата изменится незначительно. Поскольку предложенный нами аллил-карбенового комплекса палладия 1 оказался очень активным катализатором реакций кросс-сочетания, включая азотсодержащие гетероциклы, то именно он и был выбран в качестве первого объекта для испытаний. В присутствии комплекса 1 были проведены реакции Сузуки, Хека и Соногащиры с участием галогенпиридинов. В качестве субстрата во всех реакциях были использованы 2-галогенпиридины, поскольку именно они являются самыми проблемными по сравнению с другими региоизомерами. Для всех реакций была использована практически одинаковая методика кросс-сочетания в воде при ультразвуковой стимуляции: 1 ммоль 2-гаоргенпиридина, 1.2 ммоль 4-метоксифенилборной кислоты (акриловой кислоты или 4-метоксифенилацетилена), 2.5 ммоля K2CO3 ( + 0.02 ммоль Bu3N и 0.05 ммоль CuI для реакции ArC?CH ) и 0.1 мол% аллил-карбенового комплекса Pd 1 (рис. 2) (0.1 мл 0.01М раствора 1 в изопропаноле) в 5 мл воды нагревали при 100 оС на ультразвуковой бане 30 мин. Выходы образовавшихся продуктов определяли методом 1Н ЯМР с использованием в качестве калибровочного стандарта точного количества тетрахлорэтана (1 ммоль). Полученные результаты суммированы на рис. 17. Рис. 17. Реакции Сузуки, Хека и Соногаширы с 2-галогенпиридинами в водных средах при катализе комплексом 1 и ультразвуковом облучении Полученные результаты свидетельствуют, что комплекс 1 является эффективным и универсальным катализатором для различных реакций кросс-сочетания с участием 2-галогенпиридинов. Практически одинаково высокие выходы продуктов, независимо от природы галогена и типа реакции, исключают необходимость дополнительной оптимизации каталитической системы. Однако это ни в коем случае не означает, что в присутствии этого катализатора реакционная способность 2-галогенпиридинов в реакциях Сузуки, Хека и Соногаширы одинаковая. Например, реакция 2-иодпиридина с арилборной кислотой в присутствии 0.01 мол% 1 в изученных условиях, прерванная через 5 мин, показала полную конверсию. Следовательно, можно ожидать, что найденные условия будут пригодны для реакций с участием менее проблемных субстратов. 1.2.2. Разработка методов арилирования, алкенилирования и алкинилирования хлорпиридинов Предложенная каталитическая система на основе аллил-карбенового комплекса Pd (1) была далее проверена на эффективность и универсальность на примере серии реакций изомерных хлорпиридинов с арилборными кислотами. Все реакции проводились при загрузках 5 ммоль по методике, изложенной выше в разделе 1.2.1. Реакции протекают настолько эффективно, что не потребовалось даже дополнительной защиты NH2 группы в 3 положении пиридинового кольца. Поскольку выходы во всех случаях были практически количественными, то процедура выделения продуктов сводилась к экстракции этилацетатом, фильтрованию через слой силикагеля и упариванию растворителя. Полученные арил-, алкенил и алкинилпиридины представлены на рис. 18. Рис. 18. Примеры синтезированных арил-, алкенил и алкинилпиридинов Характеристики некоторых синтезированных арилпиридинов представлены ниже: 2-(2-Метоксифенил)-пиридин-3-амин: светло-желтое кристаллическое вещество, т.пл. 98 оС; 1H ЯМР (400 МГц, CDCl3): ? 8.14 (дд, J=4.4, 1.2 Гц, 1H), 7.38-7.41 (м, 2H), 7.03-7.11 (м, 2H), 6.97-7.03 (м, 2H), 3.78 (с, 3H), 3.75 (уш.с, 2H); 13C ЯМР (100 МГц, CDCl3): ? 156.8, 144.0, 141.4, 139.6, 131.8, 129.7, 127.9, 123.4, 122.7, 121.3, 111.6, 55.8. 2-(4-Метоксифенил)-пиридин-3-амин: белое кристаллическое вещество; 1H ЯМР (400 МГц, CDCl3): ? 8.09 (дд, J=3.7,1.1 Гц, lH,), 7.62 (д, J= 8.4 Гц, 2H,), 7.00 - 6.94 (м, 4H,), 3.85 (уш.с, 2H), 3.82 (с, 3H,); 13C ЯМР (100 МГц, CDCl3): ? 159.5, 144.6, 140.1, 139.7, 131.4, 129.6, 122.8, 122.4, 114.3, 55.6. 5-(6-Этоксипиридин-3-ил)-тиофен-2-карбальдегид: светло-оранжевый порошок, т.пл. 63-64 оС; 1H ЯМР (400 МГц, CDCl3): ? 9.83 (с, 1H), 8.43 (д, J=3 Гц, 1H), 7.76 (дд, J = 8.2 Гц, 1H), 7.68 (т, J=2 Гц, 1H), 7.26 (д J=4 Гц, 1H), 6.73 (д, J=8 Гц, 1H), 4.35 (кв, J=7 Гц, 2H), 1.37 (т, J=7 Гц, 3H); 13C ЯМР (100 МГц, CDCl3): ? 182.3, 164.6, 150.7, 144.9, 142.1, 137.2, 136.5, 123.4, 122.6, 111.3, 62.4, 14.7. Для проведения реакций кросс-сочетанияв в водных средах с участием гетероарилхлоридов, включая хлорпиридины, в настоящее время разработаны катализаторы на основе сульфированных лигандов Бухвальда (пространственно затрудненные бифенилфосфины), сульфированные N-карбеновые лиганды 4 и др. Однако эти реакции, как правило, протекают в присутствии большого количества палладия, в водно-органической среде, в течение длительного периода времени (8-12 ч) [15, 16]. Получение этих лигандов требует многостадийного синтеза (рис. 19). Кроме того, процедура выделения продуктов реакции включат в себя хроматографическое разделение. Рис. 19. Схема синтеза гидрофильного аллил-карбенового комплекса 4 для реакций кросс-сочетания в водных средах [16] Таким образом, для реакций кросс-сочетания галогенпиридинов с арилборными кислотами, олефинами и терминальными ацетиленами аллил-карбенового комплекса Pd 1 является универсальным катализатором, и для проведения всех этих реакций может быть использован фактически общий синтетический протокол. 2. Гетерогенизация новых карбеновых катализаторов на активированном угле и силикагеле с последующим испытанием их каталитической активности В заключительной части работы была предпринята попытка гетерогенизации аллил-карбенового комплекса палладия 1 на синтетический уголь Сибунит, разработанный в Институте катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, и мезопористый силикагель. В отличие от активированных углей в Сибуните, практически отсутствуют микропоры (до 1 нм), в которых массо-обмен по сравнению с мезопорами (1.5-100 нм) затруднен. Нанесение комплекса 1 на Сибунит проводили по усовершенствованной нами методике, которая заключается в пропитке носителя раствором комплекса при одновременном испарении растворителя и ультразвуковом облучении: в небольшой стакан поместили 2 г Сибунита, 2 мл 0.1 М раствора комплекса 1 в изопропаноле и нагревали на ультразвуковой бане при 90 оС в течение 30 мин. За это время растворитель полностью испарился. Пропитанный комплексом носитель высушили сначала на воздухе при 90 оС в течение 1 ч, затем в микроволновой печи при мощности 850 Вт в течение 10 мин. Получили 2.02 г 1/Сибунит с содержанием палладия 1 вес%. Нанесение комплекса 1 на силикагель проводили путем инкапсулирования золь-гель методом с применением эффективного катализатора гелеобразования и микроволновой сушки конечного образца: к раствору тетраэтоксисилана (ТЭОС) и комплекса 1 (0.6 мл 0.01 М раствора в изопропаноле на 1 ммоль ТЭОС) в метаноле прибавили расчетное количество воды (+25% избыток), водного аммиака (мольное соотношение ТЭОС : 1 : МеОН : H2O : NH4OH = 1 : 0.006 : 30 : 5 : 0.05) и интенсивно перемешивали на ультразвуковой бане при комнатной температуре примерно 5 мин до получения раствора. Затем прибавили водный раствор NH4F (5 мол.%) – катализатор гелеобразования, и перемешивали еще 10 мин до образования геля. Через 10 мин полученный гель перенесли в микроволновую печь и сушили до постоянного веса при мощности излучения 850 Вт в течение 10 мин. Выход количественный. полученный композит обозначили как 1@SiO2 (знак @ означает, что комплек 1 инкапсулирован в матрицу SiO2). Твердый материал телесного цвета измельчили и проанализировали. Масштабирование количества реагентов не приводит к увеличению продолжительности синтеза композита и не сказывается на его выходе. Размер пор ксерогеля, получаемого по разработанной в проекте методике, лежит в диапазоне 17 нм, объем пор около 4 см2/г, площадь поверхности (по методу BET) составила 965 м2. Новый материал является, по сути, неорганической губкой с наноразмерными порами, огромной поверхностью и равномерно инкапсулированным комплексом палладия. Образец по данным элементного анализа содержит 1.0 вес% Pd (0.1 ммоль Pd/г). Испытания каталитической активности и возможности регенерации полученных композитов были выполнены на модельных реакций фенилборной кислоты с 3-бромбензойной кислотой в воде. Реакции проводили при температуре кипения воды в присутствии K2CO3 в течение 10 мин на воздухе в отсутствие инертной атмосферы. Результаты представлены в табл. 1 и 2. Регенерацию катализаторов проводили путем центрифугирования реакционной смеси и 2-х кратной промывки катализатора водой и спиртом. Как видно из полученных данных, активность катализаторов на основе Сибунита и мезопористого силикагеля в реакции фенилборной кислоты с 3-бромбензойной кислотой примерно одинакова и после 10-ти рециклов остается на одном уровне. После первого рецикла катализатор 1@SiO2 приобрел серую окраску, по-видимому, вследствие образования нанокластеров палладия. Методом ПЭМ было показано, что размер кластеров палладия в образцах катализаторов, 1/Сибунит и 1@SiO2, после 10 рециклов не превышает 4-5 нм. Продолжается изучение физико-химических свойств катализаторов этого типа. Из сравнения данных по применению катализаторов на основе Сибунита и мезопористого силикагеля в модельной реакции фенилборной кислоты с 3-бромбензойной кислотой (табл. 1 и 2) и активности аллил-карбенового комплекса 1 в различных реакциях кросс-сочетания (рис. 1, 16 и 17) можно сделать вывод, что в результате нанесения палладиевого комплекса на мезопористые носители каталитическая активность комплекса не изменяется и остается очень высокой даже после многократного применения. Таблица 1. Данные по многократному использованию 1/Сибунит (0.1 мол% Pd) в реакции PhB(OH)2 c 3-бромбензойной кислотой Таблица 2. Данные по многократному использованию 1@SiO2 (0.1 мол% Pd) в реакции PhB(OH)2 c 3-бромбензойной кислотойа) Таким образом, в результате выполнения проекта на основе легко доступного аллил-карбенового комплекса палладия разработаны высокоэффективные синтетические протоколы гомогенного и гетерогенного катализа в водных средах в отсутствие органических растворителей. Созданные гетерогенные катализаторы проявляют активность на уровне лучших гомогенных катализаторов и не теряют ее при повторных использованиях. Литература [1]. Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions, 2nd ed.; A. De Meijere, F. Diederich, Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, 2004. [2]. (a) R. Muci, S. L. Buchwald, Practical Palladium Catalysts for C-N and C-O Bond Formation, In Topics in Current Chemistry – Cross-Coupling Reactions, Vol. 219; N. Miyaura, Ed.; Springer: Heidelberg, 2002, 131–209. (b) J. F. Hartwig, Palladium-Catalyzed Amination of Aryl Halides and Related Reactions, In Handbook of Organopalladium Chemistry for Organic Synthesis, Vol. 1; E. Negishi, , Ed.; John Wiley and Sons: New York, 2002, 1051–1096. [3]. N. Miyaura, A. Suzuki, Chem. Rev., 1995, 95, 2457. [4]. (a) R.F. Heck, Pure Appl. Chem. 1978, 56, 651. (b) I.P. Beletskaya, A.V. Cheprakov, Chem. Rev. 2000, 100, 3009. [5]. (a) K. Sonogashira, Y. Tohda, N. Hagihara, Tetrahedron Lett. 1975, 4467. (b) K. Sonogashira, In Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions; F. Diederich, P.J Stang, Eds.; Wiley-VCH: New York, 1998; pp 203–229. [6]. W.-Q. Fan, A. R. Katritzky, in: Comprehensive Heterocyclic Chemistry II, (Eds.: A. R. Katritzky, C. W. Rees, E. F. V. Scriven), Elsevier Science, Oxford, 1996, Vol. 4, pp 1 – 126. [7]. X. Zhang, H. Li, L. You, Y. Tang, R. P. Hsung, Adv. Synth. Catal. 2006, 348, 2437. [8]. R. Chinchilla, C. Najera, Chem. Rev. 2007, 107, 874. [9]. J.E. Hein, V.V. Fokin, Chem. Soc. Rev., 2010, 39, 1302. [10]. M.J. Genin, D.A. Allwine, D.J. Anderson, et al., J. Med. Chem. 2000, 43, 953. [11]. P. Din?r, T. Andersson, J. Kjell?n, et al., New J. Chem., 2009, 33, 1010. [12]. J. Deng, Y.-M. Wu, Q.-Y. Chen, Synthesis, 2005, 2730. [13]. J.J. Li, G.W. Gribble, Palladium in Heterocyclic Chemistry; Pergamon: Amsterdam, 2000. [14]. T. Itoh, T. Mase, Tetrahedron Lett. 2005, 46, 3573. [15]. K.W. Anderson, S.L. Buchwald, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 6173. [16]. S. Roya, H. Plenioa, Adv. Synth. Catal. 2010, 352, 1014.