Научная группа лаборатории квантовохимического моделирования молекулярных систем (ЛКХММС) Иркутского государственного университета в составе ведущего научного сотрудника, кандидата химических наук, доцента Владимира Орла и инженера-исследователя, аспиранта Иркутского института химии им. А.Е. Фаворского (ИрИХ) СО РАН Полины Парахиной совместно с коллегами из ИрИХ опубликовали результаты исследований механизма образования пирролов.
С помощью высокопроизводительных компьютеров ученые провели квантовохимическое моделирование множества возможных путей реакции и нашли наиболее предпочтительный маршрут. Полученные результаты объяснили экспериментальное выделение промежуточных продуктов, рост выхода пиррола при повышении температуры, а также то, как выбор маршрута зависит от природы исходного имина.
Ученые смогли не только воспроизвести экспериментальные данные, но и заглянуть в те стадии реакции, которые недоступны прямому наблюдению, – короткоживущие интермедиаты и переходные состояния. Это позволяет строить обоснованные предположения о том, какие продукты стоит ожидать в новых, ещё не изученных реакциях. Отметим, что с химией ацетилена связаны исследования, проводимые в лаборатории с самого начала её существования ещё в 1972 году, и данная работа – лишь часть изучения реакций ацетиленов в суперосновных средах.
О квантовых методах изучения механизмов реакций в суперосновных средах рассказал Владимир Орел:
Расчёт геометрических и энергетических характеристик молекул требует значительных вычислительных мощностей, однако главная задача – из полученных цифр извлечь химическую суть процесса. Химикам-экспериментаторам важны не сами расчётные значения, а объяснение того, почему реакция идёт так, а не иначе, и прогнозирование возможных взаимодействий между молекулами.
Пирролы играют значительную роль в живой природе и широко используются в фармацевтике, промышленности и сельском хозяйстве, а их синтез остаётся одной из ключевых задач органической химии. Кроме того, расширение возможностей вовлечения ацетиленов во взаимодействие с различными реагентами способствует глубокой переработке углеводородного сырья в продукцию с высокой добавленной стоимостью.
Химия ацетилена в суперосновной среде – это направление, развиваемое в Иркутском институте химии СО РАН академиком Борисом Александровичем Трофимовым, которое принципиально расширило представления о реакционной способности этого простейшего алкина. Вместо дорогостоящих катализаторов здесь используются доступные суперосновные системы (например, гидроксид ((трет-бутоксид) калия в диметилсульфоксиде). Такой подход позволяет проводить каскадные превращения в одну синтетическую стадию в относительно мягких условиях, открывая новые пути к созданию практически важных гетероциклов.
Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом в журнале The Journal of Organic Chemistry, а иллюстрация к работе украсила обложку выпуска, что ещё раз подчёркивает значимость выполненного исследования.
Полина Парахина:
На обложке изображено озеро Байкал с впадающими реками – этот образ выбран не случайно: суперосновная химия ацетилена столь же удивительна и многогранна, как озеро Байкал!Многочисленные впадающие в него реки символизируют множество возможных механизмов, ведущих к одному целевому продукту – пирролу – в реакциях с аллилиминами. Квантовохимическое моделирование позволяет нам различать эти пути.
Источник: Минобрнауки России
