Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) разработали электрохимический реакционный механизм, способствующий эффективному внедрению атомов азота в насыщенные карбоциклы для получения либо функционализированных хинолинов, либо N-алкилированных насыщенных N-гетероциклов, которые являются перспективными структурными элементами в синтетической химии и фармацевтической науке.

Исследовательскую группу возглавляли доцент Ко Мин Джу и профессор Чжао Ю с химического факультета Национального университета Сингапура. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Synthesis.

Значение N-гетероциклов в химии

N-гетероциклы привлекли значительное внимание академических кругов и промышленности в качестве строительных блоков для разработки лекарственных препаратов. Поэтому разработка практичных и эффективных методов получения этих структурных элементов остается одной из главных задач синтетической химии.

Среди различных стратегий синтеза N-гетероциклов, модификация скелета легкодоступных циклических соединений путем внедрения атома азота представляет собой нетрадиционный и весьма желательный подход. Однако прямое внедрение атома азота в насыщенные, ненапряженные карбоциклы посредством разрыва одинарной связи C–C остается редким явлением из-за высокой термодинамической и кинетической стабильности этих σ-связей. Существующие методы внедрения атома азота в циклические углеводороды основаны на стехиометрическом использовании сильных окислителей и страдают от ограниченной совместимости с функциональными группами.

Разработка более экологичного метода синтеза

Доцент Кох сказал: «Мы хотели разработать более экологичный и контролируемый способ превращения насыщенных карбоциклов в различные классы N-гетероциклов. Это значительно облегчит устойчивый синтез ценных N-гетероциклических биологически активных соединений для таких применений, как разработка лекарств».

Исследователи разработали настраиваемую электроокислительную стратегию для эффективного внедрения атомов азота в насыщенные карбоциклы, что позволяет получать либо замещенные хинолины, либо N-алкилированные N-гетероциклы в условиях окружающей среды.

С точки зрения устойчивого развития и охраны окружающей среды, использование электричества для стимулирования этой окислительно-восстановительной трансформации помогает сократить образование химических отходов. Метод демонстрирует широкую толерантность к функциональным группам, включая чувствительные к окислению фрагменты, что подчеркивает его адаптируемость и универсальность.

Потенциальные области применения и будущие направления

Синтетическая ценность данного протокола дополнительно демонстрируется упрощенным синтезом двух потенциальных кандидатов на роль антагонистов ионных каналов, что подчеркивает его значение для построения биоактивных N-гетероциклических структур.

«Благодаря стратегическому регулированию окисления или восстановления ключевого циклического иминного промежуточного соединения можно эффективно получать широкий спектр замещенных хинолинов и N-алкилированных N-гетероциклов, содержащих синтетически ценные функциональные группы. Мы считаем, что эта методология предлагает универсальную и надежную платформу для модификации и синтеза биоактивных структур», — добавил доцент Кох.

В настоящее время проводятся исследования по применению данной методологии для синтеза других типов гетероциклических биологически активных соединений.