RUDN-baserade forskare, tillsammans med ryska kollegor, har studerat Diels-Alder-reaktionen i derivaten av furan (en heterocyklisk organisk substans) och lyckats nå 100 procent kontroll över sammansättningen av dess produkter. De beskrivna mönstren kan vara användbara för att skapa nya metoder för bearbetning av jordbruksavfall. Dessutom, reaktionen kan användas för tillverkning av grafenfragment och ett antal biologiskt aktiva substanser. Resultaten av studien publicerades i Journal of Organic Chemistry .

Diels-Alder-reaktionen används i stor utsträckning vid organisk syntes. Kemister uppskattar dess enkelhet, pålitlighet, och förmågan att påverka dess förlopp och förändra förutsättningarna för processen. Flera produkter av dessa transformationer används för att skapa grafenliknande material, produkt vitaminer, hormoner, och neuromediatorer. På grund av sin hållbarhet, såväl som värme och elektrisk ledningsförmåga, grafen används i utvecklingen av transistorer, sensorer, filter och ackumulatorer.

RUDN-baserade forskare studerade varianten av Diels-Alder-reaktionen där två organiska föreningar (alkyner och bis-diener) bildar en förening som innehåller flera sexledade cykler. Reaktionen fortskrider olika vid 25–80 °С och 140 °С:strukturerna som bildades i det första fallet (4а, 8а-disubstituerad 1, 4:5, 8-diepoxynaftalener) kallas "addukter av tångtyp, " och i det andra fallet (2, 3-disubstituerad 1, 4:5, 8-diepoxinaftalener), "addukter av dominotyp." I båda fallen, bildandet av ett enda ämne observeras (snarare än en blandning, som i de flesta liknande fall), och endast en produkt kan isoleras med nästan kvantitativt utbyte.

De initiala föreningarna i reaktionen var furfural och dess derivat. De kan erhållas i nästan obegränsade mängder från jordbruksavfall inklusive slaktbiprodukter, solrosfröskal och stjälkar, sågspån, och flis av flera träslag. Tillgänglighet och förnyelse av syntetiska föreningar baserade på dessa är särskilt viktiga på grund av fluktuationer på oljemarknaden och utarmning av deras resurser i framtiden.

"Det speciella med omvandlingen som beskrivs i arbetet ligger i det faktum att de ger oss fullständig kontroll över produkternas sammansättning och tillåter oss att individuellt erhålla de nödvändiga substanserna. Denna höga nivå av kontroll över reaktionsförloppet uppnås genom att förändra bara en parameter – dess temperatur. Nästan inga liknande reaktioner har varit kända innan vår forskning, " förklarade Fedor Zubkov, chefen för gruppen, och biträdande professor vid institutionen för organisk kemi vid RUDN.

Författarna till arbetet utförde sina beräkningar med hjälp av densitetsfunktionella teorin som hjälpte till att bestämma energinivåerna för både övergångstillståndet för Diels-Alder-reaktionen och de initiala och slutliga produkterna. Dessa beräkningar matchar de geometriska parametrarna för reaktionsprodukter som upptäckts med hjälp av röntgenstrukturanalys. Teoretiska beräkningar som utförs under studiens gång kommer att hjälpa forskarna att förutsäga resultaten av liknande interkonverteringar.

Under det experimentella arbetet, forskarna fann optimala förhållanden för selektiv reaktionskontroll, nämligen, temperaturen och lösningsmedlet (ingen katalysator krävs). Beroende på arten av initiala reagenser, processen tog från 20 timmar till 10 dagar under rumstemperatur till 140 ° С. Detta hjälpte till att förändra förhållandet mellan två isomera föreningar (dvs föreningarna med liknande kemisk sammansättning men olika rymdstruktur) som bildades under reaktionen. Som ett resultat, forskarna lyckades fastställa reaktionsparametrar som ledde till bildandet av endast addukter av tångtyp (25–80 °С) eller dominotyp (140 °С).

"Förutom det teoretiska värdet, vårt arbete kommer att vara användbart för att behandla mänskligt genererat avfall och för att identifiera nya, billiga förnybara källor för fin organisk syntes. I framtiden planerar vi att syntetisera bibliotek av substanser för biologisk screening för att identifiera biologiskt aktiva substanser, sa Ksenia Borisova, en medförfattare till verket, och en doktorand vid RUDN.

Studien genomfördes tillsammans med forskarna från Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds vid Ryska Vetenskapsakademin och Engelgardt Institute of Molecular Biology vid Ryska Vetenskapsakademin.