Второй этап квеста
Второй этап квеста состоит из структур, взятых из оригинальных научных работ в основном последних лет. Вам нужно будет найти информацию в оригинальных статьях. Никакого другого способа разобраться в этом этапе нет, общие соображения не работают. Это совершенно конкретное задание, и смысл его именно в том, чтобы совместить добывание плюсиков, плюсов и плюсищ с очень важным делом – посмотреть, как на самом деле используется та химия, в которой мы решили немного разобраться. Это вообще очень полезно. Мы обычно изучаем такую абстрактную химию – вот реакции, извольте запомнить. Поэтому мы никак не можем понять, как они, реакции, используются в реальности и даже и как правило начинаем считать, что это такие универсальные инструменты синтеза. Увы, или наоборот, слава всем богам – это неверно. Химия бы уже кончилась как наука и превратилась бы в компьютерный алгоритм синтеза, обслуживаемый какой-нибудь более или менее продвинутой нейросетью. Собственно попытки создать такие алгоритмы в химии были давно, еще до нейросетей, и сейчас продолжаются с изрядным упорством, но никаких убедительных результатов не приносят. Именно потому, что химия слишком сложна и неоднозначна, каждая реакция зависит от кучи трудно предсказуемых параметров, так что даже небольшая вариация структуры приводит к драматическому изменению реакционной способности. Когда мы разбираем механизмы, мы пытаемся находить способы учета хотя бы части факторов, и даже в чём-то преуспеваем, но общая картина продолжает оставаться необозримо сложной. Все это придает занятию химией признаки свободного творчества, извините за это мерзко-приторное и совсем дискредитированное шарлатанами и мошенниками, словечко, другого нет. И единственный способ как-то двигаться в направлении приобщения к этому занятию, это наблюдение за реальной химией, за тем, как изученные реакции применялись в реальных исследовательских работах, что получалось, а что не получалось, как реализовывались заявленные авторами возможности реакций, методов, реагентов, лигандов и так далее. Если мы этим хотя бы немного позанимаемся, то довольно быстро поймём, что в целом все работает, и даже часто поразительно здорово, но вот с чем точно есть проблема, так это с первоначальными ожиданиями. Написано в некой статье, например, что вот такой-то лиганд прямо чудеса творит в таких-то ситуациях. Ну, люди пробуют – ни черта он не творит! А совсем другие лиганды, про которые ничего подобного написано не было – творят. А это лиганд, который вот уже хотели с проклятиями метнуть в мусорное ведро или даже уже успели, вдруг раз – и сотворяет чудо в какой-то совсем другой, неожиданной реакции, бывает даже, что с совсем другим металлом. Достаем из мусорного ведра, ставим на полку, будем использовать. Только где? А вот надо пробовать, надо читать статьи, искать, где и как еще применяли, создавать собственный опыт, и как-то его тоже систематизировать.
Вот эта часть квеста и работает как раз для такого накопления более реального, основанного на опубликованной конкретной химии, отношения к изучаемому материалу. И чтобы это работало получше, я с прошлого года стал разбирать эти примеры, и эти заметки становятся частью этого курса. Я продолжу эту работу в этом году. Это значит, что проверка результатов второго этапа затянется на несколько месяцев – я буду разбирать, задание за заданием, в том порядке, как решения появляются в присланных работах, и тогда оценивать, заносить в рейтинг. На зачет это не повлияет; зачет получат все, у кого будут хоть какие-то результаты по первому этапу к дню проставления зачетов в ведомость (ориентирововчно это неделя от 15 апреля). Это повлияет на окончательный рейтинг, который останется на сайте, это такой немного спорт, кому это интересно, конечно.
Второй этап в свою очередь состоит из двух частей – простые одностидийные реакции и более сложные многостадийные реакции. Всё это структуры продуктов, выбранные из оригинальных статей. Собственно задания и ожидаемые максимальные оценки, а также бонусы описаны ниже.
Все структуры перерисованы, поэтому будьте внимательны, потому что точного соответствия по картинке вы не найдёте, придется именно разбирать структуру и искать ее в схемах статей. Бывает даже так, что в какой-то статье самой нарисованной структуры и нет, потому что она оказалась где-то посредине стрелки с последовательностью стадий, и авторы статьи именно эту структуру рисовать поленились. Иногда придётся лезть в экспериментальные части статей или даже в дополнительные материалы. В дополнительные материалы (electronic supporting material, supporting information и т.д. – под разными названиями это сейчас есть во всех журналах и обычно весьма легкодоступно, вплоть до того, что даже для статей, которым нет легального доступа, это открывается свободно. Впрочем, большинство статей из этой части квеста взято из джакса или ангевандте, которые сейчас открыты для доступа как минимум с компьютеров на химфаке.
Сколько структур нужно сделать: сколько хотите и сколько будет не лень. Хотите побольше рейтинг ради спортивного интереса – хоть все. Можно ли присылать частями? Можно, но только не присылайте поправки к уже посланному – они приниматься не будут. Обращайте внимание на объявления на странице рейтинга – если я увижу, что в присылаемых работах нет каких-то конкретных заданий, я могу вводить дополнительные премии за отсутствующие задания, потому что хочу чтобы хотя бы кто-то попробовал каждое.
Структуры
P. Bold, D. Lucena-Agell, M. Á. Oliva, J. F. Díaz, K.-H. Altmann Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202212190 doi.org/10.1002/anie.202212190
M. Tay, Y. C. Tse, A. Docker, C. Gateley, A. L. Thompson, H. Kuhn, Z. Zhang, P. D. Beer Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202214785 doi.org/10.1002/anie.202214785
Kenichiro Itami, Toshiyuki Kamei, and Jun-ichi Yoshida J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14670-14671 doi:10.1021/ja037566i
G. Banwell, L. V. White, S. Young Ye J. Org. Chem. 2022, 87, 14407−14421 doi.org/10.1021/acs.joc.2c01864
Alaksiej L. Hurski, Oleg G. Kulinkovich Tetrahedron Letters 2010, 51, 3497–3500 doi:10.1016/j.tetlet.2010.04.109
Wang, F. G. Gámez, J. Marín-Beloqui, A. Diaz-Andres, X. Miao, D. Casanova, J. Casado, J. Liu Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202217124 doi.org/10.1002/anie.202217124
Внимание: видимая разница в длинах связей на структуре не означает ничего кроме удобства изображения.
Hu, J. He, J. Chen, Y. Li J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 5400−5409 doi.org/10.1021/jacs.2c13604
Vanjari, D. Panda, S. Mandal, G. B. Vamisetti, A. Brik J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 4966-4976. doi: 10.1021/jacs.1c12906
Ma, H. Cheng, M. Pitchakuntla, W. Ma, Y. Jia J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 20196−20200 doi.org/10.1021/jacs.2c08694
Fiorito, S. Keskin, J. M. Bateman, M. George, A. Noble, V. K. Aggarwal J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 7995−8001 doi.org/10.1021/jacs.2c03192
Amandine Pons, Jonathan Decaens, Riham Najjar, Nansalmaa Otog, Mathieu Arribat, Sandrine Jolly, Samuel Couve-Bonnaire, Muriel Sebban, Gael Coadou, Hassan Oulyadi, David Speybrouck, Seiji Iwasa, André B. Charette, Thomas Poisson, Philippe Jubault ACS Omega 2022, 7, 4868−4878 doi.org/10.1021/acsomega.1c05337
C. Nicolaou, R. Yu, Z. Lu, F. G. Alvarez J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 5190−5196
Zicong Chen, Chau Ming So Org. Lett. 2020, 22, 10, 3879–3883 doi.org/10.1021/acs.orglett.0c01127
Внимание: структура исправлена 6.05 в 17-30. Если вы заходили на эту вкладку раньше, здесь была структура с ошибками.
Zhanchao Meng, Laetitia Souillart, Brendan Monks, Nikolas Huwyler, Jennifer Herrmann, Rolf Müller, Alois Fürstner J. Org. Chem. 2018, 83, 6977−6994 DOI: 10.1021/acs.joc.7b02871
Masahiko Seki ACS Catal. 2014, 4, 4047−4050 dx.doi.org/10.1021/cs501328x
Nishiuchi, S. Aibara, H. Sato, T. Kubo J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 7479−7488 doi.org/10.1021/jacs.2c02318
Lv, Y. Chen, Z. Zhao, S. Wen, G. Cheng Org. Lett. 2019, 21, 19, 7795–7798 doi.org/10.1021/acs.orglett.9b02749
Sietmann, M. Tenberge, J. M. Wahl Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215381 doi.org/10.1002/anie.202215381
Raphael J. Zachmann, Kenzo Yahata, Mira Holzheimer, Maxime Jarret, Cornelia Wirtz, Alois Fürstner J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 2584−2595 doi.org/10.1021/jacs.2c12529
Noah J. Sims, Weston C. Bonnet, Danielle M. Lawson, and John L. Wood J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 37−40 10.1021/jacs.2c12275
Jiaxin Xie, Zhong Zheng, Xin Liu, Nan Zhang, Shinyoung Choi, Chuan He, Guangbin Dong J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 4828−4852 doi.org/10.1021/jacs.2c13889
Li, B. Zhou, R.-Z. Yang, F.-M. Yang, R.-X. Liang, R.-R. Liu, Y.-X. Jia J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 13945−13951 DOI: 10.1021/jacs.8b09186
Sheng-Qi Qiu, Yu Chen, Xiang-Jun Peng, Shi-Jiang He, Jun Kee Cheng, Yong-Bin Wang, Shao-Hua Xiang, Jun Song, Peiyuan Yu, Junmin Zhang, Bin Tan Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202211211 doi.org/10.1002/anie.202211211
Elaine C. Reichert, Kaibo Feng, Aaron C. Sather, and Stephen L. Buchwald J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 3323−3329 doi.org/10.1021/jacs.2c13520
Задание 1-й части (структуры G-xx)
Задача для каждой структуры этого набора – найти ее в статье. Эта структура будет получена в результате одной из известных нам реакций из списка реакций, возможно с каким-то небольшим осложнением.
Для каждой структуры (за которую возьмётесь, естественно) определите всё или хотя бы что-то из списка ниже:
—если в статье есть несколько экспериментов, ведущих к данной структуре (как правило, это таблица оптимизации), найдите оптимальный, дающий наилучшие результаты и все дальнейшее определяйте именно для такой реакции—
а) какие связи или фрагменты созданы с помощью реакций с участием комплексов переходных металлов (лучше всего прямо на структуре как-то показать – обвести, выделить, обозначить маркером и т.п…);
б) какая конкретно реакция была использована – используйте список сокращений, который дан ниже – не придумывайте названий сами, не пишите пространное описание или многословное название;
в) какой пред-катализатор использован;
г) если в состав катализатора или предкатализатора входит активный анциллярный лиганд, контролирующий селективность или реакционную способность или ещё что-то важное, укажите его; если нет – укажите, что таких лигандов в данном случае нет;
гг) если этот лиганд из тех, с которыми мы встречались в лекциях, указывайте просто сокращение или короткую формулу;
ггг) если это что-то оригинальное, типа, а это что за зверь – приведите его структуру и оцените, на что из известных лигандов это похоже, и какую цель пытались достичь ведением нового или использованием редкого лиганда;
д) оцените TON (приблизительно – округляйте смело, никаких знаков после запятой – одна цифра и порядок), если реакция некаталитическая, обозначьте это явно;
е) если реакция стереоселективна, укажите что это – энантио- или диастереоселективность, или и то и другое, добавляя es или ds к сокращению метода (например, ds-WTs, ds-TiK, es-HH, esds-TsT и т.п.);
ее) найдите и приведите количественную характеристику стереоселективности – энантиомерный избыток и/или диастереомерное отношение.
eee) найдите и кратко укажите причину возникновения стереоселективности (лиганд, субстрат, божественное вмешательство, и т.п. – источник асимметрической индукции и/или диастереоселективности
ж) если реакция направленная (directed), то какой атом или фрагмент (направляющая группа) определяют направленную атаку переходного металла, добавляйте d к сокращению метода (например, d-FuH, d-Pd/X-CH и т.п.)
з) если реакция внутримолекулярная (циклизация), обозначьте это, добавляя букву i перед сокращением метода (например, i-MH, i-Sti, i-NuAu, i-MA и т.д., и определите тип циклизации по системе обозначений Болдуина (эндо/экзо и триг/диг)
e) если реакция сопровождалась какими-то неожиданными осложнениями, например, получился не совсем тот продукт, который должен был бы получиться при стандартном течении реакции (например, произошла какая-нибудь неожиданная перегруппировка, циклизация, смещение кратной связи, перициклическая реакция, радиоактивный распад, термоядерный синтез и т.п.) – попробуйте описать, что же там такого необычного случилось и почему.
Такой набор характеристик и свойств даёт возможность за каждую структуру получить до 40 плюсиков в зависимости от полноты и правильности ответов, а также объема информации в конкретной структуре (стереоселективные, направленные, внутримолекулярные реакции, реакции с разными осложнениями оцениваются большим количеством плюсиков в сравнении с более простыми реакциями) – то есть структуры оцениваются по-разному, но как конкретно будет ясно только после того, как появится разбор и оценка. Кроме того можно получить бонусы за полноту описания, бонус уйдет тому, кто сделает первым более полное описание. Бонус – удвоение числа плюсиков за структуру. Несколько следующих, достигших той же полноты, тоже получат бонусы, но каждый следующий с дисконтом в 25% от предыдущего (процент простой, по величине считается от исходной суммы). Другие дисконты пока не вводятся. Бонусы вводиться могут – следите за объявлениями на страничке рейтинга.
Список сокращений отдельных реакций (используйте только их, не изобретайте свои! – я буду использовать именно эти сокращения, чтобы понять, правильно ли вы определили метод). Вовсе не обязательно вы встретите все эти реакции, поэтому не пытайтесь гадать, правильно ли вы определили тип реакции, по принципу “а вот этого ещё не было”. Не было, и чёрт с ним. А что-то может встретиться и два, и три, и даже двадцать раз.
- реакция Мидзороки-Хека (MH);
- карбонилирование (CO), в том числе гидрокси-, алкокси, аминокарбонилирование;
- гидроформилирование (HCHO);
- C-C кросс-сочетание по Судзуки-Мияуре с бороорганическими соединениями (SM);
- C-C кросс-сочетание по Соногасире с терминальными ацетиленами (Son);
- С-С кросс-сочетание с магнийорганикой (KTC)
- C-C кросс-сочетание с цинкорганикой (Neg)
- C-C кросс-сочетание с оловоорганикой (Sti)
- внимание: если кросс-сочетание включает карбонилирование, добавляйте CO к сокращению типа кросс-сочетания, например Son-CO, MH-CO и т.п.
- Реакция Посона-Кханда (PKR)
- реакция Кулинковича или ее развитие (TiK);
- циклопропанирование с участием родиевых карбеноидов (RhCyp)
- реакция нуклеометаллирования с участием комплексов золота (NuAu);
- C-N кросс-сочетание по Бухвальду-Хартвигу c аминами (Pd-CN);
- C-N кросс-сочетание по Бухвальду-Хартвигу с амидами (Pd-CN-amide);
- внимание: обязательно различайте аминирование и амидирование по Бухвальду-Хартвигу;
- C-S кросс-сочетание (Pd-CS);
- C-P кросс-сочетание (Pd-CP);
- C-N кросс-сочетание, катализируемого комплексами меди (Cu-CN);
- C-B кросс-сочетание (борилирование) (Pd-CB);
- реакция Вакер-Цудзи (WTs)
- метатезис олефинов (MO);
- метатезис алкинов (MA);
- метатезис енинов (MEY);
- Метиленирование по Теббе-Петасису (TPM)
- рутений-катализируемые реакции по CH-связям (Ru/CH);
- родий-катализируемые реакции по CH-связям (Rh/CH) – мы их в явном виде “не проходили”, но у родия есть очень похожая на рутений химия направленной CH-активации;
- реакция Фудзивары-Моритани или её развитие, обобщённо называемые реакцией Фудзивары-Хека (FuH)
- палладий-катализируемое CH-CH сочетание (Pd/CH-CH);
- палладий-катализируемое арилирование (Pd/X-CH);
- CH-борилирования (B/CH);
- гомогенное гидрирование (HH);
- палладий-катализируемое аллильное замещение (реакция Цудзи-Троста)(TsT);
- CuAAC клик (CuAAC);
- фигня какая-то (XZ) – это категория для того, что не удалось идентифицировать. Зачем? Ну просто вы можете не определить саму реакцию, но правильно посчитать TON/TOF и многое другое, и получить свои плюсики.
Структуры
Bartłomiej Pigulski, Kazutaka Shoyama, Meng-Jia Sun, and Frank Würthner J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 5718−5722
Li, Y. Zhang, P. Liu, J. Zhong, B. Gong, H. Yao, A. Lin Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202211988 doi.org/10.1002/anie.202211988
J. Burnley, Z. Wang, W. R. Jackson, A. J. Robinson J. Org. Chem. 2017, 82, 8497−8505 DOI: 10.1021/acs.joc.7b01135
Tu, B. Xu, Q. Wang, H. Dong, Z.-M. Zhang, J. Zhang J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 4378−4383 doi.org/10.1021/jacs.2c12752
F.-Y. Wang, Y.-X. Li, L. Jiao J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 4871−4881 doi.org/10.1021/jacs.3c00329
Wu, H.-C. Lin, M.-L. Li, L.-L. Li, Z.-Y. Han, L.-Z. Gong J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 13476−13479 DOI: 10.1021/jacs.5b08734
Duhamel, S. Scaringi, B. Leforestier, A. I. Poblador-Bahamonde, C. Mazet JACS Au 2023, 3, 261−274 doi.org/10.1021/jacsau.2c00645
Kong, Q. Wang, J. Zhu J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 16028−16031 doi.org/10.1021/jacs.5b11625
Pawliczek, T. F. Schneider, C. Maaß, D. Stalke, D. B. Werz Angew.Chem.Int.Ed. 2015, 54, 4119–4123 DOI: 10.1002/anie.201411210
Heckershoff, T. Schnitzer, T. Diederich, L. Eberle, P. Krämer, F. Rominger, M. Rudolph, A. S. K. Hashmi J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 8306−8316 doi.org/10.1021/jacs.2c02394
Paweł M. Szczepanik, Andrey A. Mikhaylov, Ondřej Hylse, Roman Kučera, Petra Daďová, Marek Nečas, Lukáš Kubala, Kamil Paruch, and Jakub Švenda Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202213183 doi.org/10.1002/anie.202213183
Chao Liu, Xiangwen Tan, Lingzhi Zhan, Yaru Jing, Wanqing Wu, Zhuofeng Ke, Huanfeng Jiang Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202215020 doi.org/10.1002/anie.202215020
Xiushang Xu, Rafael Muñoz-Mármol, Serhii Vasylevskyi, Andrea Villa, Giulia Folpini, Francesco Scotognella, Giuseppe Maria Paternò, and Akimitsu Narita Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202218350 doi.org/10.1002/anie.202218350
H. Sakurai, T. Daiko and T. Hirao, Science, 2003, 301, 1878-1878 doi:10.1126/science.1088290
Задание 2-й части (структуры H-xx)
Во второй части задача сложнее. Но и оценка больше – до ста плюсиков с возможностью бонуса-удвоения как в задании 1. Опять, в зависимости от реальной сложности, каждая будет оцениваться по-разному (от 60-ти до 100 плюсиков), но узнать это можно будет только после вскрытия.
Здесь могут быть два типа структур. Если дана просто одиночная структура, то вы должны найти процесс, приводящий к ней (это одна экспериментальная стадия). Это может быть one-pot reaction, тандем или каскад.
Если даны две структуры, соединенные стрелкой, то нужно найти всё, что превращает одну в другую. Это может быть простая последоввательность стадий, но каждая из стадий сама по себе может быть one-pot, тандемом или каскадом.
Вы должны определить каждую стадию последовательности в разных горшках или одном, или тандема по той же схеме, как это предполагается делать для первого задания (структур G-xx).
Если встречаете каскад, то задача еще сложнее – нужно разобрать каскад на стадии, обозначив их как дано в списке ниже. И охарактеризовать весь каскад так как мы характеризуем отдельные реакции в 1-м задании (ТОН, ТОФ, лиганд, селективность, и т.д.).
Для стадий используйте обозначения.
- Окислительное присоединение (OA)
- Направленное металлирование (DM) – вместо M подставляйте конкрентный металл
- Карбометаллирование (MC) – вместо M подставляйте конкрентный металл
- Карбонилирование (миграционное внедрение СО), сокращайте как (СО)
- Восстановительное элиминирование (RE)
- Метатезис (последовательность образования и распада металлациклобутана) – (MO)
- Если это ретро-реакция к любой из перечисленных – добавляйте r к сокращению.
- чёрт знает что за стадия, понапридумывали тут, а мне это разбирать – (XZ)
- И, внимание – завершением любого каскада всегда является какая-нибудь полноценная реакция – ее надо определить и обозначить так же, как для отдельных реакций, не разбирая на стадии, например, может быть каскад OA – PdC – PdC – SM (с двойным карбопалладированием и завершением кросс-сочетанием с борорганикой)