Хиральные фосфиты в координации и катализе

№ п/п

Основные характеристики

Количественные показатели

1

Наименование научной школы

Хиральные фосфиты в координации и катализе

2

Область знаний по государственному рубрикатору научно-технической информации

31.21 Органическая химия

3

Общие сведения о научной школе:

3.1

Руководитель научной школы

Гаврилов Константин Николаевич,

доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой химии РГУ имени С.А. Есенина, руководитель лаборатории координационной химии

3.2

Квалификационный состав научной школы (человек):

— академиков и членов-корреспондентов академий наук, имеющих государственный статус;

—

— докторов наук;

1

— кандидатов наук

4

3.3

Количество докторантов, аспирантов и соискателей

1

3.4

Характеристика используемой экспериментальной базы (при наличии)

Коллектив научной школы располагает необходимыми материалами и современным оборудованием для решения самых сложных исследовательских задач: лабораториями координационной химии, органического синтеза и металлокомплексного катализа, укомплектованными, в том числе, стандартными приборами и установками из стекла, необходимым оборудованием для работы в вакууме и в изолированной системе с использованием шприцевой техники, перчаточным боксом для работы в инертных условиях Sanplatec DX-2, пластинчато-роторными вакуумными насосами Vacuubrand RZ 16, мембранными насосами KNF Laboport®, роторными испарителями Buchi R215, магнитными мешалками с нагревом типа IKA C-MAG HS 7 IKAMAG, лабораторными центрифугами, весами аналитическими электронными Acculab ATL-80d4-I, шприцевыми насосами KD Scientific, индикатором точки плавления Electrothermal 9100, УФ-осветителями, рефрактометрами, шкафами сушильными, установками для каталитического скрининга Radleys Carousel 12 Plus, персональными компьютерами.

Коллектив имеет возможность использовать современные физико-химические методы. Спектры ЯМР регистрируются на приборах Bruker Avance 400, Varian Inova 500 и Bruker Avance III 600; масс-спектры с ионизацией методом лазерной десорбции (MALDI TOF/TOF) – на приборе Bruker Daltonics Ultraflex, с ионизацией методом электрораспыления (ESI) – на приборе Bruker MAXIS Impact; ИК спектры – на ИК-Фурье-спектрометре Nicolet IR200; оптическое вращение – на поляриметре Atago AP-300; данные монокристальной дифракции – на дифрактометре STOE с детектором Pilatus100K, порошковой дифракции – на приборе Panalytical EMPYREAN; энантиомерный анализ – на ВЭЖ-хроматографе «Стайер» на хиральных стационарных фазах Kromasil® 5-AmyCoat, 5-CelluCoat; Daicel Chiralcel® OD-H, OJ-H и AD-H; элементный анализ – на CHN-микроанализаторе Carlo Erba EA1108 CHNS-O.

4.1

Основные научные результаты

Коллектив научной школы располагает большим опытом работ в области синтеза, изучения координационного поведения и успешного использования в асимметрическом металлокомплексном катализе фосфорсодежащих индукторов хиральности, в первую очередь оптически активных лигандов фосфитной природы. Ниже представлены наиболее значимые научные результаты:

·                    впервые создан и успешно применен в асимметрическом аллильном замещении и гидрировании принципиально новый класс P,N-бидентатных лигандов – класс иминофосфитов. Его использование в Pd-катализируемом алкилировании (E)-1,3-дифенилаллилацетата диметилмалонатом позволило достичь до 90% ее, в Pd-катализируемом аллилировании (E)-3-пентен-2-ил-карбоната диметилмалонатом и пара-толуолсульфинатом натрия – до 82% ее, в Rh-катализируемом гидросилилировании ацетофенона и ацетилферроцена – до 60% ее;

·                    впервые получены планарно-хиральные лиганды фосфитной природы, обеспечившие в Pd-катализируемом аллилировании до 94% ее;

·                    синтезированы уникальные фосфитные аналоги известного хирального фосфина «MOP». С их участием посредством Pd-катализируемой реакции дерацемизации получен ценный ненасыщенный спирт «халкол» с рекордной энантиомерной чистотой 96 %;

·                    получена серия неизвестных ранее хиральных катионных P—монодентатных фосфитов и диамидофосфитов, содержащих четвертичные аммониевые или имидазолиевые заместители. Они позволили достичь в Pd-катализируемом аллильном замещении до 99% ее, в Rh-катализируемом гидрировании прохиральных сложных эфиров ненасыщенных кислот – до 96% ее. Показана возможность иммобилизации соответствующих родиевых комплексов на фосфовольфрамовой кислоте, нанесенной на поверхность силикагеля. Такие иммобилизованные катализаторы асимметрического гидрирования обеспечивают до 89% ее в условиях рециклизации;

·                    до 99% ee в Rh-катализируемом присоединении фенилборной кислоты к циклогекс-2-енону и до 70% ее в Pd-катализируемой реакции десимметризации было достигнуто с привлечением не имеющих аналогов P-монодентатных фосфитов и диамидофосфитов на основе монотозилата и моно-(^_) ментилкарбоната (S_a)-BINOL и (R_a)-BINOL;

·                    на основе (S_a))-6-Br-BINOL, (R,R)- и (S,S)-TADDOL, (R,S)-semi-TADDOL, (S_a)- и (R_a)-3-SiMe₃-BINOL, (R_a)-N-Bn-NOBIN, (S)-1-алкил(арил)-N¹-метил-N²-фенилэтан-1,2-диаминов, (S)-1-фенилэтан-1,2-диола, (S,S)-гидробензоина и (S)-1,1,2-трифенилэтан-1,2-диола синтезированы принципиально новые P*— и P-монодентатные, а также P*,N-, P,N-, P*,P*-, P,P-бидентатные лиганды фосфитной, амидофосфитной и диамидофосфитной природы. Они продемонстрировали высокую стереодифференцирующую способность в Pd-катализируемом аллилировании с участием (E)-1,3-дифенилаллилацетата (до 99% ее) и в Rh-катализируемом гидрировании ненасыщенных сложных эфиров (до 95% ее);

·                     осуществлен синтез энантиочистых соединений амидной природы: диамида (1R,2R)-1,2-диаминоциклогексана и мета-ацетилсалициловой кислоты, а также амидов (S)-1,2-аминоспиртов и щавелевой, изофталевой, бензойной и пиколиновой кислот. С их участием созданы библиотеки новых недорогих, синтетически доступных и эффективных фосфитных и диамидофосфитных индукторов хиральности, располагающих фосфациклами на базе (S_a)- и (R_a)-BINOL, 3-(триалкилсилил)-замещенных (S_a)- и (R_a)-BINOL, (S_a)- и (R_a)-N-Ph-NOBIN, (R,S)- и (S,R)-semi-TADDOL, (R,R)- и (S,S)-TADDOL, (S)- и (R)-2-(анилинометил)пирролидина. Фосфорилированием (S)-2-(ариламинометил)пирролидинов по пирролидиновой аминогруппе сформирована серия амидофосфитных лигандов с циклическими фосфорными центрами на базе различных биарил-2,2′-диолов. В Pd-катализируемых процессах аллилирования с участием ряда ациклических субстратов достигнуто до 95% ее для диметилмалоната как C-нуклеофила и до 97% ее для N-нуклеофилов; в алкилировании (E)-1,3-дифенилаллилацетата 1-циклогексенилпирролидином – до 91% ее при соотношении anti/syn до 71/29; в десимметризации бискарбаматного производного мезо-циклопент-4-ен-1,3-диола – до 88% ее; в алкилировании ацетата коричного спирта этил 2-оксоциклогексанокарбоксилатом – до 90% ее. Отличная энантиоселективность (до 97% ее) наблюдалась в катализируемом палладием процессе аллильного аминирования циклического субстрата (циклогекс-2-ен-1-ил)этилкарбоната дибензиламином. Pd-катализируемые энантиоселективные реакции асимметрического аллильного аминирования субстратов (E)-этил (4-фенилбут-3-ен-2-ил)карбоната и 1,3,3-трифенилаллилацетата пирролидином осуществлены впервые;

·                     осуществлено получение оригинальных P-моно- и P,P,P,P-тетрадентатных производных моно-гидроксипорфиринов и 5,10,15,20-тетра(4-гидроксифенил)порфирина  (и их цинковых комплексов), располагающих фосфациклами на основе (S)-2-(анилинометил)пирролидина, (R,R)-TADDOL, (S,R)-semi-TADDOL, (S_a)- и (R_a)-3-SiMe₃-BINOL, (S_a)- и (R_a)-BINOL. С их участием в аллилировании (E)-1,3-дифенилаллилацетата диметилмалонатом получено до 94% ee, пирролидином – до 90% ee, п-толуолсульфинатом натрия – до 92% ee, 1-циклогексенилпирролидином – до 96% ee; в аллильном аминировании (E)-этил (4-фенилбут-3-ен-2-ил)карбоната и (циклогекс-2-ен-1-ил)этилкарбоната бензиламином и дибензиламином – до 68% ee; в десимметризации бискарбаматного производного мезо-циклопент-4-ен-1,3-диола – до 88% ee; в аллильном алкилировании циннамилацетата этил 2-оксоциклогексанокарбоксилатом – до 90% ee;

·                    сформирована библиотека P*,P*-бисдиамидофосфитов на основе 1,4-диолов. Они продемонстрировали высокую стереодифференцирующую способность в Pd-катализируемых процессах аллилирования с участием (E)-1,3-дифенилаллилацетата (до 98% ее) и десимметризации бискарбамата мезо-циклопент-4-ен-1,3-диола (до 94% ее). В частности, в практически значимом (позволяет получать ключевой интермедиат в синтезе антимускаринового агента) алкилировании (E)-1,3-дифенилаллилацетата 1-циклогексенилпирролидином достигнуто до 94% ее при соотношении anti/syn изомеров 63/37. Показано, что в алкилировании этого субстрата диметилмалонатом новые бисдиамидофосфиты являются значительно лучшими хиральными индукторами, чем аналогичные известные бисфосфиты, а также «привилегированный» бисфосфиновый лиганд DIOP. С участием одного из P*,P*-бисдиамидофосфитов получены катионный [Pd(allyl)(P*P*)]BF₄ и нейтральный [Pd(P*P*)Cl₂] каталитически активные комплексы палладия(II);

·                    синтезирована группа гибридных P,P*-бидентатных фосфино-диамидофосфитных стереоиндукторов. С их участием было получено до 95% и до 63% ee в Pd-катализируемых реакциях аллильного замещения с участием (E)-1,3-дифенилаллилацетата и десимметризации бискарбаматного производного мезо-циклопент-4-ен-1,3-диола, соответственно.

4.2

Практическое использование полученных научных результатов

Выбор объектов исследования нацелен на практически значимые превращения, открывающие доступ к ценным биоактивным соединениям. В частности, продукт Pd-катализируемого алкилирования (E)-1,3-дифенилаллилацетата диметилмалонатом может быть легко пре­вращен в эфиры и амиды хиральных ненасыщен­ных карбоновых кислот, а алкилирование этого субстрата 1-циклогексенилпирролидином позволяет получать ключевой интермедиат в синтезе антимускаринового агента, необходимого для терапии гиперактивности мочевого пузыря. Разработанная авторским коллективом неизвестная ранее реакция аминирования (E)-1,3-дифенилаллилацетата диэтил аминометилфосфонатом направлена на получение α-аминофосфоновых кислот, обладающих широким спектром фармакологической активности. Продукт аминирования (циклогекс-2-ен-1-ил)этилкарбоната дибензиламином находит применение в синтезе ингибитора циклинзависимых киназ. Pd-катализируемый энантиоселективный синтез соединений с четвертичным асимметрическим атомом интересен как источник важных строительных блоков, в том числе используемых в химии фторированных макроциклических лактонов. Rh-катализируемое гидрирование является удобным подходом к получению энантиочистого пара-фтор-фенилаланина, играющего существенную роль в исследовании пептидов.

4.3

Участие в конкурсах финансируемых программ и грантов за последние пять лет

Программа DAAD и Минобрнауки РФ «Михаил Ломоносов». Новый класс модульных P,N— бидентатных асимметрических индукторов (2014 г.).

Грант РФФИ № 14-03-00396. Фосфорилированные амиды диаминов и аминоспиртов как перспективные хиральные индукторы для металлокомплексного катализа (2014-2016 гг.).

Грант РНФ № 14-13-01383. Хиральные фосфиты на основе металлопорфиринов: синтез, комплексообразование, фотофизические свойства и применение в асимметрическом катализе (2014-2016 гг.)

Грант РФФИ № 16-33-00237. Катализируемые палладием энантиоселективные превращения с участием TADDOL- и semi-TADDOL-производных P,N— и P^*,N-бидентатных амидофосфитов (2016-2017 гг.).

Государственное задание №4.9515.2017/БЧ. Ассиметрический металлокатализ с участием новых индукторов хиральности фосфитной природы (2017-2019 гг.).

Грант РНФ № 17-73-10356. Супрамолекулярные металлокомплексные системы на основе фосфорилированных псевдо-дипептидов как новые асимметрические каталитические материалы (2017-2019 гг.).

Государственное задание № 4.12776.2018/12.2. Новые лиганды фосфитного типа на основе ANDEN: синтез и применение в асимметрическом катализе (2018 г.).

Грант РФФИ № 18-43-623001. Получение препаратов медицинской химии с использованием асимметрического металлокомплексного катализа (2018-2019 гг.).

4.4

Научно-общественное признание (российские
и зарубежные премии, почетные звания и т.п.)

Гаврилов К.Н. является автором и соавтором 176 публикаций в отечественных и зарубежных высокорейтинговых журналах, в том числе пяти фундаментальных обзоров. По данным www.scientific.ru входит в список наиболее цитируемых российских ученых (индекс Хирша 19).  Неоднократно являлся руководителем российских и международных грантов Российского научного фонда, Российского фонда фундаментальных исследований и Международной ассоциации по содействию сотрудничеству с учеными из Новых независимых государств бывшего Советского Союза (ИНТАС). Под руководством Гаврилова Константина Николаевича подготовлено и успешно защищено 14 диссертаций на соискание ученой степени кандидата химических наук. На протяжении нескольких последних лет студенты, работающие в руководимой К.Н. Гавриловым научно-исследовательской лаборатории координационной химии, были удостоены  стипендий Президента РФ, Правительства РФ, Ученого совета университета. К.Н. Гаврилов является лауреатом премии Главы администрации Рязанской области (2000 г.). Имеет Отраслевую награду Министерства образования и науки Российской Федерации  «За развитие научно-исследовательской работы студентов» (2005 г.) и Знак «За вклад в развитие университета» (2005 г. и 2008 г.). В 2015 г. Гаврилову К.Н. присвоено почетное звание «Почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации».

4.5

Количество докторов и кандидатов наук, подготовленных за последние пять лет

3

4.6

Перечень основных публикаций за последние пять лет

1. Konstantin N. Gavrilov, Sergey V. Zheglov, Vladislav K. Gavrilov, Ilya V. Chuchelkin, Ivan M. Novikov, Alexei A. Shiryaev, Alexandr N. Volov, Ilya A. Zamilatskov / Diamidophosphites with remote P^*-stereocentres and their performance in Pd-catalyzed enantioselective reactions // Tetrahedron: Asymmetry – 2014 – V. 25 – P. 1116-1121.

2. К.Н. Гаврилов, С.В. Жеглов, Н.Н. Грошкин, В.К. Гаврилов,  M.Г. Максимова, А.Н. Волов, И.А. Замилацков / Фосфорилированный диамид изофталевой кислоты и (S)-трет-лейцинола как лиганд в Pd-катализируемом асимметрическом аллильном замещении // Известия АН. Сер. хим. – 2014 – № 12 – С. 2635-2640.

3. Konstantin N. Gavrilov, Alexei A. Shiryaev, Sergey V. Zheglov, Vladislav K. Gavrilov, Nikolay N. Groshkin, Marina G. Maksimova, Alexandr N. Volov, Ilya A. Zamilatskov / Nonsimple relationships between the P*-chiral diamidophosphite and the arylphosphine moieties in Pd-catalyzed asymmetric reactions: combinatorial approach and P,P*-bidentate phosphine-diamidophosphites // Tetrahedron – 2014 – V. 70 – P. 616-624.

4. Konstantin N. Gavrilov, Alexei A. Shiryaev, Sergey V. Zheglov, Marina S. Bochelyuk, Ilya V. Chuchelkin, Viktor A. Tafeenko, Vladimir V. Chernyshev, Ilya A. Zamilatskov, Igor S. Mikhel / NOBIN-based chiral phosphite-type ligands and their application in asymmetric catalysis // Tetrahedron. Lett. – 2015 – V. 56 – P. 4756-4761.

5. И.С. Михель, И.М. Новиков, С.В. Жеглов, К.Н. Гаврилов / Первый лиганд фосфитной   природы на основе 5,10,15,20-тетракис(4`-гидроксифенил)порфина // Журн. орган. химии – 2015 –  Т. 51 – С. 1221-1224.

6. Konstantin N. Gavrilov, Sergey V. Zheglov, Marina G. Maksimova, Ilya V. Chuchelkin, Ivan M. Novikov, Gelii V. Ponomarev, Dina R. Erzina, and Igor S. Mikhel / Application of Hydroxyporphyrins-Based Phosphite-Type Ligands to Asymmetric Pd-Catalyzed Allylic Substitution Reactions // Macroheterocycles – 2015 – V. 8 – P. 266-273.

7. Konstantin N. Gavrilov, Sergey V. Zheglov, Ivan M. Novikov, Victor V. Lugovsky, Vladislav S. Zimarev, Igor S. Mikhel / Diamidophosphite–oxazolines with a pyridine core in Pd-catalyzed asymmetric reactions // Tetrahedron: Asymmetry – 2016 – V. 27 – P. 1260-1268.

8. I.V. Chuchelkin, V.K. Gavrilov, K.N. Gavrilov, V.A. Milukov / Phosphine-phosphoramidites with 2-(diphenylphosphino)-ethylamine or N-methyl-2-(diphenylphosphino)ethylamine fragments // Phosphorus, Sulfur, Silicon Relat. Elem. – 2016 – V. 191 – P. 1668-1669.

9. Konstantin N. Gavrilov, Igor S. Mikhel, Ilya V. Chuchelkin, Sergey V. Zheglov, Vladislav K. Gavrilov, Kirill P. Birin, Victor A. Tafeenko,Vladimir V. Chernyshev, Nataliya S. Goulioukina, Irina P. Beletskaya / (S)-2-[(N-arylamino)methyl]pyrrolidines-Based Phosphoramidite P,N-Ligand Library for Asymmetric Metal-Catalyzed Allylic Substitution and Conjugate 1,4-Addition // ChemistrySelect – 2016 – V. 1 – P. 4173-4186.

10. Konstantin N. Gavrilov, Sergey V. Zheglov, Vladislav K. Gavrilov, Marina G. Maksimova, Viktor A. Tafeenko, Vladimir V. Chernyshev, Kirill P. Birin, Igor S. Mikhel / Palladium catalyzed asymmetric reactions assisted by P*,P*-bidentate bisdiamidophosphites based on 1,4-diols // Tetrahedron – 2017 – V. 73 – P. 461-471.

11. Konstantin N. Gavrilov, Sergey V. Zheglov, Ilya V. Chuchelkin, Marina G. Maksimova, Ilya D. Firsin, Andrew N. Fitch, Vladimir V. Chernyshev, Alexander V. Maximychev, Alexander M. Perepukhov / Tartaric acid-derived chiral phosphite-type P,N-ligands: behavioural features in Pd-catalyzed asymmetric transformations // Tetrahedron: Asymmetry – 2017 – V. 28 – P. 1633-1643.

12. К. Н. Гаврилов, И. В. Чучелкин, С. В. Жеглов, В. К. Гаврилов, В. С. Зимарев, М. Г. Максимова, А. А. Ширяев / Диастереомерные бисдиамидофосфиты на основе оксаламидного 1,3-диола в асимметрическом металлокомплексном катализе // Известия АН. Сер. хим. – 2018 – № 8 – С. 1376-1382.

13. I. V. Chuchelkin, V. K. Gavrilov, I. D. Firsin, V. S. Zimarev, I. M. Novikov, M. G. Maksimova, A. A. Shiryaev, S. V. Zheglov, V. A. Tafeenko, V. V. Chernyshev, K. N. Gavrilov / Novel 1,3,2-diazaphospholidines with pseudodipeptide substituents // Phosphorus, Sulfur, Silicon Relat. Elem. – 2018 – V. 193 – DOI: 10.1080/10426507.2018.1540484.

4.7

Перечень патентов за последние пять лет

—

№

Ф.И.О.

Дата рождения

Ученая степень, ученое звание

Место работы, должность

Общее число публикаций

за последние 5 лет

1

2

3

4

5

6

Гаврилов Константин Николаевич

18.07.1963

д.х.н., профессор

заведующий кафедрой химии РГУ имени С.А. Есенина, руководитель лаборатории координационной химии

15

Гаврилов Владислав Константинович

2.11.1991

к.х.н.

старший преподаватель кафедры химии РГУ имени С.А. Есенина

9

Жеглов Сергей Викторович

5.05.1981

к.х.н., доцент

декан естественно-географического факультета РГУ имени С.А. Есенина

15

Максимова Марина Геннадьевна

27.03.1982

к.х.н., доцент

доцент кафедры химии РГУ имени С.А. Есенина

10

Чучелкин Илья Валерьевич

24.08.1989

к.х.н.

старший научный сотрудник лаборатории координационной химии РГУ имени С.А. Есенина

9

Ф.И.О. руководителя научной школы

Количество защищенных диссертаций по данному научному направлению

Количество изданных по данному научному направлению

Количество публикаций в базах данных

Выполнение научных проектов

Конференции, проведенные на базе научной школы

доктор­ские

кандидат­ские

моногра­фии

учебники, учебные пособия

индекси­руемых в базе данных РИНЦ

индекси­руемых в базе данных SCO­PUS/WoS

индекси­руемых в иностран­ных изда­ниях

количество проектов

объем фи­нансиро­вания

Гаврилов К.Н.

1

14

—

2

63

176

126

8

Более 10 млн. руб.

—