Chusov Lab

3. Новый механизм в органической химии Спустя более двадцати лет (а в науке это примерно «после того, как все успели понять, что вы были правы, и забыть, что сначала сомневались») Макошa переключил внимание на нуклеофильное ароматическое замещение. Он исходил из наблюдений, которые на первый взгляд выглядят как мелочь: при присоединении нуклеофила к галогеннитроаренам реакция может идти быстрее в положении, занятом водородом, чем в положении, занятом галогеном. Именно из этой логики выросло открытие реакции, которую он назвал Vicarious Nucleophilic Substitution of Hydrogen (VNS) — викариозное нуклеофильное замещение водорода. Суть в том, что берётся электронодефицитный арен (особенно нитроарен) и нуклеофил, у которого прямо при нуклеофильном центре есть уходящая группа. Классические примеры — α-галокарбанионы, получаемые депротонированием α-галогеналкилсульфонов, галогеннитрилов, эфиров α-галогенкарбоновых кислот и т. п. Практическая ценность проявилась в синтезах индолов, хинолинов и других гетероциклов, а также в синтезе природных соединений — потому что химия, в отличие от бюрократии, уважает короткие пути, если они воспроизводимы. Самое обидное то, что практически каждый химик хоть да пользовался катализатором Макоши (Хароном) и даже не знал, что он так называется.

В мире, где молекулы вели себя приличнее людей только потому, что у них было меньше свободы воли, существовало место под названием Межфазная Граница. Она тянулась тонкой, почти философской линией между Органической Фазой и Водной Фазой и служила тем, чем в любом уважающем себя городе служит трактир: там встречались те, кто обычно друг друга избегает, и договаривались о делах. И вот однажды в этот трактир вошёл человек по имени Мечислав Макошa — родился он 16 ноября 1934 года, а выглядел так, будто мог бы родиться и в другой век, если бы в том веке нашлось достаточно реактивов. Он учился химии сначала в Ростове, потом в Ленинграде (который, как это часто бывает с носителями несравненной красоты, любил переодеваться в другие наряды-названия), окончил с отличием в 1956 году и почти сразу оказался в Варшавском политехе, на кафедре химии. Там он защитил кандидатскую в 1963-м и докторскую в 1967-м. Но главное начиналось не в дипломах. Главное начиналось там, где стояли два слоя жидкости, которые не желали смешиваться по принципиальным соображениям, и где все важные события происходили не «внутри», а «между». 1. Дело о появление Харона В Польше нашлась задача промышленного масштаба: синтез 2-фенилмасляных кислот. Мąкошa сделал то, что отличает химика от человека, который «просто пробует»: разработал процесс алкилирования фенилацетонитрила этилхлоридом в присутствии водного NaOH и катализатора — хлорида триэтилбензиламмония. Тут и появился главный персонаж этой истории: четвертичная аммониевая соль, по сути Харон, который перевозит ионы туда, где им быть не хочется. Процесс оказался настолько удачным, что его запатентовали в 1960 году, а потом опубликовали (Roczniki Chemii, 1965, 39, 1223) и расширили целой серией работ в международных журналах (включая Tetrahedron Lett. 1966, 4621; 1969, 677 и Tetrahedron 1968, 24, 175). Так начались исследования того, что позже назовут фазотрансферным катализом — Phase Transfer Catalysis, или просто PTC. Макошa быстро понял, что двухфазная система — это не неудобство, а инфраструктура. Карбанионы, получаемые из C–H-кислот (арилацетонитрилы, кетоны, галогенметилсульфоны, алкил-арилацетаты), можно генерировать и заставлять реагировать просто и эффективно, если дать им Харона. 2. История о том, как карбены перестали бояться воды В 1969 году Мąкошa сообщил вещь, которая звучала как ересь, пока не стала классикой: если обработать хлороформ водным NaOH в присутствии каталитического количества тетраалкил-аммониевой соли, можно эффективно генерировать дихлоркарбен (:CCl₂). (Tetrahedron Lett. 1969, 10, 53, 4659) До этого считалось, что карбены — существа нервные и требуют строго безводных условий. А тут выяснилось, что при правильной организации межфазного общения карбен прекрасно появляется «в присутствии воды», и дальше спокойно реагирует с алкенами, давая дихлорциклопропаны. Эта трансформация стала известна как реакция Макоши. Позже он отметил, что катализаторами могут быть не только четвертичные аммониевые соли: краун-эфиры тоже способны играть роль переносчиков (Angew. Chem., Int. Ed. 1974, 13, 665). В 1978 году он расширил арсенал PTC на системы «твёрдое–жидкость» с безводными карбонатами щелочных металлов. Практический выигрыш звучал почти как реклама, но был химически честен: проще, безопаснее, без дорогого оборудования и опасных растворителей, при этом часто с лучшими выходами и селективностью.

Иногда самые глубокие пещеры остаются неосвещенными. Иногда самые могучие деревья падают в глухом лесу, и не слышно звука. Но разве от этого их падение менее величественно? Разве от этого их жизнь была менее значима? Вот и сейчас мир химии потерял одного из своих столпов и мир этого даже не заметил. Он родился в Барановичах. Его путь — это история интеллекта, пробивающего себе дорогу сквозь границы. Ростов-на-Дону, Ленинград, Эймс, Варшава. И вот в Википедии — несколько сухих строк. Без подробностей. Без оценки масштаба. Словно речь о случайном прохожем, а не об учёном, который изменил как лабораторную, так и промышленную химию. Его имя по праву должно было звучать со всех кафедр. Его вклад должен был быть отмечен самой престижной премией. Однако жизнь может быть жестокой и несправедливой, часто обходя вниманием тихих творцов, предпочитая громких триумфаторов. Царствие Небесное профессору Макоше.

Оказывается, что и такое в жизни бывает

Продолжение о нашем препринте. Представьте себе, у вас был ТГФ, ацетат кобальта, синтез-газ (смесь угарного газа с водородом), автоклав и масляная баня. Не то, что бы это все было прямо нужно в лаборатории, но, если работаете с газами, то нужно идти до конца. В общем, вы это все смешали и погрели (первая картинка). Из общих соображений, особо ничего произойти не должно (ТГФ — он растворитель, в нем Гриньяра делают, ну что может пойти не так?). Но на практике получается сложная смесь алифатических продуктов. Протонный спектр выглядит как-то так (вторая картинка). Ясно, что с ТГФ что-то случилось. Но что? Можно предположить те или иные структуры, но выглядит откровенно мутно. Пробуем разобраться. Взяли довольно большую загрузку реакционной смеси, удалили на роторе легколетучие растворители (остатки ТГФ), зарегистрировали с этого ¹³С ЯМР. Получилось так (третья картинка):

13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 102.92, 98.78, 78.03, 77.48, 76.84, 70.77, 68.45, 67.99, 67.70, 67.57, 67.35, 65.78, 65.13, 64.32, 62.47, 62.25, 38.59, 37.74, 35.56, 33.94, 32.38, 31.97, 31.81, 30.73, 29.52, 27.68, 26.20, 26.01, 25.48, 25.11, 23.10, 22.91, 22.02, 21.19, 19.61, 19.42, 19.12, 18.09, 13.95, 13.89, 1.00.

Запускаем поиск по спектру . Получилось 12 страниц результатов, что много, но не ужасно. Далее надо проглядеть их на предмет соответствия здравому смыслу и принципиальной возможности образования таких молекул из ТГФ. В топе много алифатических спиртов и эфиров. В том числе циклических. В том числе тетрагидропирановые, а также ацетальные. С этим уже можно работать, разбираться что там и как. Но принципиально уже отсюда можно понять, что образуются молекулы, родственные показанному на четвертой картинке. Далее смесь разделили, выделили вот такие вот молекулы (пятая картинка). И это даже уточняющие фильтры не применяли. А с их помощью можно еще сильнее сузить выдачу данных.

Экзистенциальный пост: иллюстрация, зачем нужен поиск по спектру и вообще OdanChem #odanchem #spectrum_search Мы на протяжении нескольких постов рассказывали про то, как работает поиск по спектру, а также проиллюстрировали это примером работы чисто с ¹Н ЯМР. По сути, мы создали инструмент, позволяющий в полуавтоматическом режиме разгадывать состав реакционных смесей. И это можно использовать много где, в том числе для поиска новых реакций! Как, вообще говоря, мы находим новые реакции? Классический часто декларируемый вариант: подумали и предположили, что из молекулы А в условиях Х можно получить молекулу В. Проверили — работает. Порадовались, оптимизировали — готова новая реакция. Проблема этого подхода — на практике он редко реализуется. Да, есть случаи, но чаще всего происходит второй вариант. Частый практический вариант: Хотели получить молекулу В из вещества А, но внезапно получили что-то другое. Разобрались, что это, поняли, почему так произошло, и вот готова новая реакция. Ключевое тут — понять, что произошло, расшифровать структуру того вещества, которое получилось вместо ожидаемого. Это получается не у всех. И вот здесь поможет OdanChem. Наша платформа позволяет работать с самым рутинным из существующих методов определения структуры органических молекул. Без ЯМР органики — как без рук. Кроме того, данный метод является бесконтактным, то есть можно зарегистрировать спектр с реакционной смеси, не изменяя ее состав (как мы все понимаем, при выделении часть компонентов смеси может разложиться/превратиться еще во что-то). Именно поэтому концепция "Зарегистрировать ЯМР с реакционной смеси" → "полуавтоматически расшифровать ее состав" выглядит крайне заманчиво. Именно это было нами реализовано и подтверждено на двух примерах ранее не описанных реакциях: попроще и посложнее. Подробнее читайте в нашем свежем препринте. В последующих постах подробнее опишем, что там было сделано и как.

Вопрос про новую реакцию был не просто так. Оказывается, что теперь с помощью OdanChem можно находить новые реакции. Скоро будут подробности и про реакцию с ТГФ

Что будет если к простой соли кобальта добавить ТГФ, поддавить синтез-газом и погреть?

Не всё так классно как на картинке. Нужен трет-бутоксид калия, краун эфир и замещенные тиофены, но в целом всё неожиданно доступно. Подробности в статье.

Если хотите сделать гетерогенный катализатор на основе рутения для гидрирования бензогетероциклов, то вот свежий пример. Детали в файле.

Бросить вызов природе, создав ферменты меньше и эффективнее, — серьёзная задача. Подробности в файле.

В журнале JACS очень много политики и моды, зачастую приятнее читать профильный журнал, но безусловно там бывают прекрасные работы. Здесь только картинка, чтобы читатель мог самостоятельно подумать, а как такое можно сделать. Вот ссылка на оригинальную работу с деталями.

Мы тут вовремя вспомнили, что одного из сотрудников нашей лаборатории мы отправили провести в Китае не пару дней, а пару месяцев. И не просто прожить, а поработать в одном замечательном коллективе химиков. А потом ещё и выбраться оттуда целым и невредимым. Так что письмо из Простоквашино записки юного натуралиста Ч3: Жизнь и работа в Китае дали мне хорошую встряску и уникальный опыт. Первое и главное, что нужно осознать: жизнь здесь устроена китайцами и для китайцев. Все системы — от мобильных приложений и общественного транспорта до бытовых услуг — ориентированы на местных жителей и предполагают знание языка. Иностранец здесь всегда будет «вне системы», и к этому нужно быть готовым. Это же не всегда плохо? Рабочий график в научной сфере имеет свою специфику. В группе, где я трудился, студенты проводили в лаборатории шесть дней в неделю, примерно с 8:30 утра до 21:30 вечера. Однако проводить время в лаборатории ≠ эффективно работать. Можно сказать, что существует своего рода «тихий час» по расписанию, когда сотрудники могут отдохнуть, поспать или заняться личными делами. Система выстроена таким образом, что мотивированные студенты получают доступ к быстрым доставкам реагентов (3–4 дня), большому парку современных приборов и гигантскому комьюнити химиков Китая. Немотивированные студенты также имеют всё это под рукой, однако чаще под их руками оказывается подушка для дневного сна на столе. Ситуация складывается так, что те, кто «пашут», уезжают за границу и создают образ «китайского аспиранта», который сварит вам PhD за неделю на одной миске риса, а в Китае остаются те, кто всё проспал. Это, конечно, сильно утрированное представление, но оно не лишено оснований. Иногда было сложно побороть китайский менталитет в рабочем процессе. Кратко это можно описать эволюцией старой поговорки: «Зачем откладывать на завтра то, что можно отложить на послезавтра». Если ваш коллега не из категории трудоголиков, с таким придётся сталкиваться постоянно. Конечно, одной из главных практических трудностей является языковой барьер. Любые рабочие вопросы, особенно технические, лучше обсуждать с помощью заранее подготовленных презентаций с картинками. Это помогает быть уверенным, что вас правильно поняли. Во время объяснений всегда важно внимательно следить за реакцией коллег — иногда в их глазах можно увидеть полное непонимание, даже если они кивают в ответ. Главное, что за этой великой китайской стеной языкового и культурного барьера скрываются открытые и добрые люди. Когда общение выходит за рамки формальных инструкций и переходит в сферу личной помощи: показать дорогу, помочь с заказом еды, решить бытовую проблему, — коллеги и просто местные жители проявляют искреннюю отзывчивость и готовность помочь, несмотря на все трудности перевода. Тут мне повезло иметь возможность сравнить жителей Поднебесной с населением страны Восходящего Солнца. Если в Японии твой вопрос или просьба становится для прохожего экзистенциальной проблемой и задачей первого приоритета, китаец поможет тебе как приятелю (не всегда качественно, что, как мне кажется, очень человечно).

Записки юного натуралиста Ч2 Китай — страна, которая исторически подарила миру порох, бумагу и, судя по всему, врождённую способность создавать ситуации, где человек не из Китая может почувствовать себя особенным, но со знаком минус. И сегодня они стараются держать марку, изобретая будущее, в котором даже чтобы выпить чашку кофе, нужно пройти квест. Здесь, например, невероятно популярна сеть кофеен «Удача в кофе». Решил попробовать. Говорить с баристой на китайском, впрочем, не пришлось. Не потому, что они не знают английского — с ними вообще никто не разговаривает. Это устаревшая опция вроде разъёма для наушников. Тут царит элегантное молчание, которое нарушает лишь шипение кофемашины. Люди подходят к стойке с видом заговорщиков, молча забирают кофе и растворяются в толпе. «Коммунизм наступил, — подумал Штирлиц. — Товарищи получили свои порции бодрости и молча пошли строить светлое будущее. Красиво». Подумав, я осознал, что нет такого, что все забирают одинаковый американо, у каждого свой напиток. «Коммунизм и телепатия», — подумал Штирлиц. Пришлось еще понаблюдать, прежде чем осознать, что в реальности происходит. Оказалось, заказать кофе можно только онлайн. Алгоритм действий прост: 1) Открываешь приложение. 2) Сталкиваешься с полем для ввода номера телефона. 3) Осознаёшь, что у тебя нет китайской сим-карты. 4) Паникуешь. 5) Покупаешь е-сим 6) Ликуешь. 7) Видишь меню только на китайском. Пункты 8-15 включают в себя медитацию, попытку угадать иконку «латте» и молитву всем богам интернационализации. Поэтому крайне рекомендую скачать офлайн-переводчик со словарём и фотографировать в нём всё подряд — иначе есть риск остаться как минимум без кофе. Тут даже крышечки для стаканчиков особенные. В отверстие, через которое пьёшь, вставлена отдельная пробка, не связанная с самой крышкой. Её, кстати, можно утащить на память, но она пластиковая и для стандартных подстаканников не подходит. Вот бы остаться в Китае подольше, понять культуру и прочувствовать особенности, поработать в китайском университете — прочувствовать атмосферу: инертность там или дружелюбие? Как у них обстоят дела с реактивами, площадями, приборами? И насколько они трудолюбивы на самом деле? Не миф ли, что они работают 24/7, но при этом о результатах этой работы ничего не слышно?

Записки юного натуралиста Ч1 Помнится, побывал Ваш покорный слуга в Китае на два дня до пандемии. Ощущения остались любопытными. В частности, переходить дорогу было удивительно. Плотное движение и даже когда загорается зеленый сигнал пешеходам, по-прежнему ехали первым кольцом машины, вторым кольцом мотоциклы, третьим «моторелисты». И только когда набираешься смелости поиграть со смертью, выясняется, что это игра со смертью в поддавки, ибо каким-то чудом колесные средства с легкостью огибают пешеходов. В этот раз посещение Китая началось не со столицы поднебесной, а с города, где работают Kuiling Ding+Shu-Li You. Ожидалось, что дорогу будет легко перейти из-за вечных пробок, где скорость движения автотранспорта стремится к нулю. Теперь ощущения абсолютно другие. Существенных пробок не было обнаружено. Проспекты широкие, по бокам деревья. В центре между разграничителями находится сплошной ряд аккуратно постриженного кустарника. Машин конечно, много, у них даже номера по цвету отличаются. Зеленые номера у электромобилей и по ощущениям их количество стремится к половине. Синие номера у автомобилей с ДВС. Местные утверждают, что стоимость новых авто в два раза ниже, чем в России, а вот купить номера в Шанхае практически невозможно. Говорят, что номера стоят около 1М рублей и при этом шанс их купить очень низкий. По словам китайца, заслуживающего доверия и титула мистер недовольство 2025, этот шанс составляет 0.04%. Связано это с тем, что владельцы государственных регистрационных знаков на транспортное средство, выданное в Шанхае, имеют уникальное право пользоваться автомобилем в городе в час пик на автострадах. При этом стоимость номерных знаков для электромобилей 0 рублей 0 юаней. Как ученый я должен проверить данную информацию, но в соответствующие гос структуры меня не пустили и ограничился интернетом. Говорят, что на номера устраивают аукцион, от этого шанс получить низкий, но интернет утверждает, что шансы на 2 порядка выше, аж 6%. Плюс еще требование минимум 4 года платить налоги. ГАИ на дорогах присутствует, но ощущение, что оно занимается только «мотороялистами». При таком количестве электромобилей можно ожидать, что смог ушёл в прошлое. Он и ушёл, сказал автор, после чего откашлялся палладием, нанесенным на углеродные нанотрубки. Так что реакцию Хека или Судзуки+Мияуры могу катализировать кашлем. Чистого неба как на родине увидеть не удалось, может потому что не удалось провести отпуск в Норильске и сделать из себя если не железного человека, то никелевого. Когда-нибудь человечество перейдет от разговоров по созданию зелёной энергетики к делам и мирный атом будет везде и всюду, а пока угольные электростанции будут помогать производителям респираторов и противогазов. Национальный мессенджер здесь есть, и он интересен. С одной стороны, он сделан очень неудобно, с другой в нём есть всё, надо только знать китайский. Он во многом похож на яндекс гоу, но только сообщения можно отправлять не только водителям такси, и представителям других специальностей, вплоть до безработных. Им же и расплачиваются, только деньги на него лаоваям положить нельзя. Многие были готовы помочь за долю малую обменять бумажные денежные знаки поднебесной на современную вичат валюту, но служба безопасности банка вичата не рекомендовала переводить тем, у кого нет китайского номера телефона. Проблему можно решить, используя Алипэй. В рунете пишут, что туда деньги можно положить переводами из зеленого банка. Личный опыт показал, что банк, действительно еще зеленый. Из Москвы попытался сделать перевод себе же на алипэй, деньги ушли, но не пришли. Через день выяснилось, что операцию отменили. Причём и зелёный банк, и алипэй утверждают, что они этого не делали. Со второй попытки платеж прошёл. Так что рекомендация, начинайте пробовать перевести себе деньги за неделю до отъезда, не меньше.

🧪Допуск в лабораторию: первое и главное правило - безопасность! Реагенты вспыхивают, жидкости меняют цвета, а эксперименты захватывают дух! Мы часто показываем вам эту зрелищную сторону химии. 🔥Но за каждой крутой вспышкой и дымом стоит главное правило: Б - безопасность! Первый поход в химическую лабораторию - это не экскурсия, а важный инструктаж. Там нельзя просто "посмотреть" или "постоять". Там нужно знать. 🧯Что обязательно делать, а что - категорически нельзя? Из-за чего даже самая простая реакция может стать опасной? И как защитить себя и соседа по парте? ➡️В этом видео мы подробно разбираем технику безопасности, которую должен знать КАЖДЫЙ перед первым входом в химическую лабораторию. Это базовый набор, без которого не начинается ни одна серьёзная работа! #школачуйкова #Кузьминки #МРСД17 #ДОНМ #Предпрофкласс

Продолжим представление участников нашей лаборатории — Василий Корочанцев, 4 курс ФХ НИУ ВШЭ Почему именно химия? Это фундаментальный вопрос🧐 Как естественная наука, она совмещает интеллектуальный и физический типы деятельности; позволяет применять как технологические, так и гуманитарные навыки. В ней очень важна творческая жилка. И сколько бы ты ни развивался в химии, не будет эффекта, что расти больше некуда или ты достиг потолка, потому что в химии всегда есть, куда развиваться ещё. Баланс всех этих качеств в химии оказался слишком соблазнителен. Кем ты попал в лабораторию Эффективного катализа? Попал после 11-го класса. Когда был школьником, я выполнял научную работу под руководством Дениса Александровича, а в конце выпускного года получил предложение прийти в лабораторию. Какие твои научные интересы? Органика, металлоорганика, катализ. Последнее время я исследую различные восстановительные системы — они позволяют совмещать все три раздела. Какие увлечения у тебя есть вне лаборатории? Могу отметить туризм (хожу в турклуб МГУ), легкую атлетику, театр, авиамоделирование, художественную литературу. Закончи рассказ о себе одной фразой Интересов много — надо развиваться

Знаете, химики — они как слесари-мечтатели: всё ищут ту самую универсальную отмычку, чтобы одним красивым движением — щёлк, и любая молекулярная дверь открылась. В прошлом веке такой отмычкой чаще всего были реагенты: мощные, крутые, прямолинейные парни, которые в дверь ломились... напролом. Ну, типа: «я бутиллитий, я оторву всё, что увижу». В нынешнем веке мода переменилась — теперь мы обожаем катализаторы: хитрые, изящные ключики-манипуляторы, которые тихонько уговаривают дверь приоткрыться, сами при этом оставаясь в тени. При этом всём есть ещё священное правило, которое все заучили: огонь — великий уравнитель, но враг избирательности. Ну, в самом деле, представьте: трет-бутиллитий в кипящем ТГФ... да это же просто молекулярный погром без разбора! Поэтому вся учёная рать возмутилась и бросилась конструировать невероятно сложные катализаторы с лигандами, похожими на космические станции, и сверхселективные реагенты, которые работают при -78 и не дышат на соседние функциональные группы. Чтобы всё было чисто, аккуратно, элегантно. Но вот у нас, как всегда, возник дурацкий вопрос: а мы не обманываем ли себя? Не попадаем ли в ментальную ловушку собственной хитрости? Или вот эти заумные микроскопы невероятной тонкости, которые мы конструируем — чтобы... забивать ими гвозди? Может, мы забыли, что иногда гвоздь — он и есть гвоздь, а потому молоток для него подходит лучше? К чему это всё? Мы тут статейку опубликовали, где показали: знаете, иногда можно взять простейший катализатор — без всяких наворотов, даже реагент попроще, какой-нибудь побочный продукт от выплавки стали — да просто-напросто загрузить всё это в автоклав, как следует нагреть, поддать давления... И, о, чудо! Реакция идёт — и избирательно! Не в клочья всё разрывает, а аккуратненько, точнёхонько даёт именно тот сложный продукт, который требовался. Мораль сей басни такова: прежде, чем закладывать в годовой бюджет затраты на суперлиганд — попробуйте простое, дешёвое решение. Проверьте его хотя бы на коленке: химия иногда куда более изобретательна в своей простоте, чем мы — в нашей сложности. А если всё сработает, тогда вы не только продукт получите, но и настоящее, детское, фейнмановское удовольствие испытаете от осознания, что пока все рвали на себе и продавали последнюю рубаху и бегали вокруг да около, вами был найден ответ, который лежал прямо под ногами, ржавый и никому не нужный.