Куплинг-реакции лежат в основе современной органической химии, обеспечивая формирование ключевых связей, необходимых для создания лекарственных препаратов, агрохимикатов и передовых материалов. С момента своего появления такие методы существенно расширили возможности синтеза сложных молекул и стали неотъемлемой частью химической индустрии.
Традиционно куплинг-реакции проводят с использованием катализаторов на основе переходных металлов, таких как палладий. Однако палладий отличается высокой стоимостью, низкой доступностью и способствует образованию нежелательных побочных продуктов, что создает экологические и экономические проблемы. Эти недостатки стали стимулом к поиску более устойчивых и «зеленых» альтернатив.
Современные тенденции требуют внедрения принципов зеленой и устойчивой химии (GSC): минимизация отходов, сокращение использования редких металлов, снижение энергозатрат при сохранении эффективности и селективности реакций. Для фармацевтической и химической промышленности эти задачи становятся особенно актуальными.
Команда исследователей из Университета Рицумейкан под руководством профессора Тошифуми Дохи и профессора Ясуюки Киты, а также доктора Элгариба Эльшахата Эльборая, доктора Котаро Кикисимы и доктора Кодзи Моримото, опубликовала 26 марта 2025 года в журнале Chemical Reviews обзор, посвящённый новым методам куплирования без использования переходных металлов. Основное внимание уделено активации связей арил-йодидов в экологически безопасных условиях.
Особый интерес вызывает стратегия с использованием гипервалентного йода, в которой авторы работают уже несколько десятилетий. Ключевой механизм заключается в применении диарилиодониевых солей — высокореакционноспособных промежуточных соединений. Управление степенью окисления йода позволяет получать арильные катионы, радикалы и предшественники аринов, что обеспечивает селективное образование новых связей без участия металлов.
Преимущества такого подхода очевидны: устранение необходимости в дорогих катализаторах, повышение атомной экономичности, широкая применимость к различным субстратам и высокая толерантность к функциональным группам, что особенно важно в медицинской химии. Кроме того, разработаны методы утилизации побочных продуктов арил-йодидов, что дополнительно снижает образование отходов и повышает эффективность использования атомов.
Профессор Дохи отмечает: «Наше исследование представляет стратегию гипервалентности — инновационный подход нового поколения к куплированию, который лучше соответствует требованиям зеленой и устойчивой химии и предназначен для применения при синтезе лекарств, родственных соединений и функциональных органических веществ».
Помимо гипервалентного йода в обзоре рассматриваются и другие безметалловые методы активации: основанная на щелочах диссоциация арил-йодидов, фотоиндуцированная активация, а также электрохимические и электрофотохимические подходы. Эти методы позволяют снизить энергозатраты, использовать мягкие условия и отказаться от опасных реагентов.
Профессор Кита подчеркивает: «Мы надеемся, что этот обзор заинтересует исследователей, стремящихся разрабатывать новые методы решения проблем, связанных с данной областью химии».
Развитие переходнометаллобезопасных стратегий куплирования может принципиально изменить будущее органической химии, снизить экологическую нагрузку и производственные издержки, а также стать основой для долгосрочного развития фармацевтики и тонкого органического синтеза. Эти подходы закладывают фундамент для новых прорывов в устойчивой химии, открывая путь к экологически безопасному и эффективному производству сложных органических соединений.
Традиционно куплинг-реакции проводят с использованием катализаторов на основе переходных металлов, таких как палладий. Однако палладий отличается высокой стоимостью, низкой доступностью и способствует образованию нежелательных побочных продуктов, что создает экологические и экономические проблемы. Эти недостатки стали стимулом к поиску более устойчивых и «зеленых» альтернатив.
Современные тенденции требуют внедрения принципов зеленой и устойчивой химии (GSC): минимизация отходов, сокращение использования редких металлов, снижение энергозатрат при сохранении эффективности и селективности реакций. Для фармацевтической и химической промышленности эти задачи становятся особенно актуальными.
Команда исследователей из Университета Рицумейкан под руководством профессора Тошифуми Дохи и профессора Ясуюки Киты, а также доктора Элгариба Эльшахата Эльборая, доктора Котаро Кикисимы и доктора Кодзи Моримото, опубликовала 26 марта 2025 года в журнале Chemical Reviews обзор, посвящённый новым методам куплирования без использования переходных металлов. Основное внимание уделено активации связей арил-йодидов в экологически безопасных условиях.
Особый интерес вызывает стратегия с использованием гипервалентного йода, в которой авторы работают уже несколько десятилетий. Ключевой механизм заключается в применении диарилиодониевых солей — высокореакционноспособных промежуточных соединений. Управление степенью окисления йода позволяет получать арильные катионы, радикалы и предшественники аринов, что обеспечивает селективное образование новых связей без участия металлов.
Преимущества такого подхода очевидны: устранение необходимости в дорогих катализаторах, повышение атомной экономичности, широкая применимость к различным субстратам и высокая толерантность к функциональным группам, что особенно важно в медицинской химии. Кроме того, разработаны методы утилизации побочных продуктов арил-йодидов, что дополнительно снижает образование отходов и повышает эффективность использования атомов.
Профессор Дохи отмечает: «Наше исследование представляет стратегию гипервалентности — инновационный подход нового поколения к куплированию, который лучше соответствует требованиям зеленой и устойчивой химии и предназначен для применения при синтезе лекарств, родственных соединений и функциональных органических веществ».
Помимо гипервалентного йода в обзоре рассматриваются и другие безметалловые методы активации: основанная на щелочах диссоциация арил-йодидов, фотоиндуцированная активация, а также электрохимические и электрофотохимические подходы. Эти методы позволяют снизить энергозатраты, использовать мягкие условия и отказаться от опасных реагентов.
Профессор Кита подчеркивает: «Мы надеемся, что этот обзор заинтересует исследователей, стремящихся разрабатывать новые методы решения проблем, связанных с данной областью химии».
Развитие переходнометаллобезопасных стратегий куплирования может принципиально изменить будущее органической химии, снизить экологическую нагрузку и производственные издержки, а также стать основой для долгосрочного развития фармацевтики и тонкого органического синтеза. Эти подходы закладывают фундамент для новых прорывов в устойчивой химии, открывая путь к экологически безопасному и эффективному производству сложных органических соединений.
