Восьмое кольцо

Больше шестичленных циклов, хороших и разных

Синтез диоксаазатриборинанового цикла (B₃NO₂) не только добавляет последний экспонат к коллекции шестичленных замкнутых цепей из элементов второго периода, но и дарит человечеству новый органический катализатор («Nature Chemistry», 2017, doi: 10.1038/nchem.2708).

Многие годы химики получали шестичленные гетероциклы, комбинируя атомы бора, углерода, азота и кислорода. Зачем нужна такая экзотика? Одной из причин можно назвать «химическое коллекционирование» — хочется получить все возможные вариации шестиугольников из этих атомов. Однако главная причина интереса к соединениям подобного рода состоит в том, что разные элементы позволяют гетероциклам проявлять различные электронные и оптоэлектронные свойства, расширяя области их применения. Одно из интересных направлений современного органического синтеза, как это ни удивительно, разработка методов получения аналогов графита, содержащих электрононедостаточные атомы бора, а органические или элементоорганические борсодержащие шестичленные молекулы — кандидаты в строительные блоки типично неорганических аналогов графита. Несмотря на успехи в синтезе подобных молекул, до настоящего времени не удавалось получить цикл, в состав которого одновременно входили бы атомы бора, азота и кислорода.

Группа исследователей из Японии сумела разработать метод синтеза оксаазаборинанов — соединений, содержащих цикл B₃NO₂, которые можно считать «суперпозицией» известных ранее боразинов B₃N₃ и бороксинов B₃O₃. Новое циклическое соединение заполнило последнее место в «музейной экспозиции» шестичленных циклов, содержащих бор, углерод, азот и кислород. Для получения этого «экспоната», 1,3-диокса-5-аза-2,4,6-триборинана (DATB), Наоя Кумагаи и Масакацу Сибасаки создали многостадийный синтетический протокол. Исходным веществом в цепочке превращения был бромзамещенный анилин. Для успешного синтеза было необходимо не только обеспечить замыкание экзотического цикла, но и подобрать стабилизирующие заместители. Как полагает Кумагаи, именно из-за того, что ранее пытались синтезировать незамещенный 1,3-диокса-5-аза-2,4,6-триборинан, эксперименты были неудачными — цикл B₃NO₂ без заместителей очень неустойчив.

Подобрав условия синтеза диоксаазатриборинанов и успешно получив целевые соединения, Кумагаи с соавторами продемонстрировали, что полученные молекулы обладают каталитической активностью, например могут ускорять образование амидов при непосредственном взаимодействии карбоновых кислот и аминов. Это важно, поскольку многие амиды перспективны как потенциальные лекарства. Причина каталитической активности диоксаазатриборинанов, по мнению исследователей,— наличие в гетероцикле трех атомов бора, проявляющих льюисовскую кислотность (способность взаимодействовать с неподеленной электронной парой партнера). В настоящее время борсодержащие кислоты Льюиса рассматриваются как многообещающие органические катализаторы, способные заменить производные переходных металлов.

Самый первый синтезированный гетероцикл, стабилизированный только фенильными заместителями, имел лишь умеренную каталитическую активность. Введение в структуру других, более объемных заместителей повысило выходы продуктов, а некоторые субстраты активировались новым гетероциклом более эффективно, чем уже известными катализаторами амидирования. В планах японских исследователей — установление механизма катализа и синтез производных диоксаазатриборинанов с еще более высокой каталитической активностью.