RUDN-gebaseerde onderzoekers, samen met Russische collega's, hebben de Diels-Alder-reactie in de derivaten van furan (een heterocyclische organische stof) bestudeerd en zijn erin geslaagd om 100 procent controle te krijgen over de samenstelling van zijn producten. De beschreven patronen kunnen nuttig zijn voor het creëren van nieuwe methoden voor de verwerking van landbouwafval. Bovendien, de reactie kan worden gebruikt voor de vervaardiging van grafeenfragmenten en een aantal biologisch actieve stoffen. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in de Tijdschrift voor Organische Chemie .

De Diels-Alder-reactie wordt veel gebruikt in de organische synthese. Chemici waarderen de eenvoud ervan, betrouwbaarheid, en het vermogen om het verloop ervan te beïnvloeden en de voorwaarden van het proces te veranderen. Verschillende producten van deze transformaties worden gebruikt om grafeenachtige materialen te creëren, productvitaminen, hormonen, en neuromediatoren. Door zijn duurzaamheid, evenals warmte en elektrische geleidbaarheid, grafeen wordt gebruikt bij de ontwikkeling van transistors, sensoren, filters en accu's.

Op RUDN gebaseerde wetenschappers bestudeerden de variant van de Diels-Alder-reactie waarbij twee organische verbindingen (alkynen en bis-dienen) een verbinding vormen die verschillende zesledige cycli bevat. De reactie verloopt anders bij 25-80 °С en 140 °С:de structuren gevormd in het eerste geval (4а, 8а-digesubstitueerd 1, 4:5, 8-diepoxynaftalenen) worden "tangachtige adducten, " en in het tweede geval (2, 3-digesubstitueerd 1, 4:5, 8-diepoxynaftalenen), "domino-type adducten." In beide gevallen, de vorming van een enkele stof wordt waargenomen (in plaats van een mengsel, zoals in de meeste vergelijkbare gevallen), en slechts één product kan worden geïsoleerd met een bijna kwantitatieve opbrengst.

De initiële verbindingen van de reactie waren furfural en zijn derivaten. Ze kunnen in bijna onbeperkte hoeveelheden worden verkregen uit landbouwafval, inclusief slachtafval, zonnebloempitten en stengels, zaagsel, en spaanders van verschillende houtsoorten. Beschikbaarheid en hernieuwbaarheid van synthetische verbindingen op basis hiervan zijn vooral belangrijk vanwege schommelingen op de oliemarkt en uitputting van hun hulpbronnen in de toekomst.

"De eigenaardigheid van de transformatie die in het werk wordt beschreven, ligt in het feit dat ze ons volledige controle geven over de samenstelling van de producten en ons in staat stellen om individueel de benodigde stoffen te verkrijgen. Deze hoge mate van controle over het verloop van de reactie wordt bereikt door te veranderen slechts één parameter - de temperatuur. Er zijn bijna geen vergelijkbare reacties bekend vóór ons onderzoek, " legde Fedor Zubkov uit, het hoofd van de groep, en assistent-professor van de afdeling organische chemie aan de RUDN.

De auteurs van het werk voerden hun berekeningen uit met behulp van de dichtheidsfunctionaaltheorie die hielp bij het bepalen van de energieniveaus van zowel de overgangstoestand van de Diels-Alder-reactie als de begin- en eindproducten. Deze berekeningen komen overeen met de geometrische parameters van reactieproducten die zijn ontdekt met behulp van structurele röntgenanalyse. Theoretische berekeningen die in de loop van het onderzoek worden uitgevoerd, zullen de wetenschappers helpen de resultaten van vergelijkbare onderlinge conversies te voorspellen.

In de loop van het experimentele werk, vonden de wetenschappers optimale omstandigheden voor selectieve reactiecontrole, namelijk, de temperatuur en het oplosmiddel (geen katalysator nodig). Afhankelijk van de aard van de initiële reagentia, het proces duurde 20 uur tot 10 dagen bij kamertemperatuur tot 140 °С. Dit hielp de verhouding van twee isomere verbindingen (d.w.z. de verbindingen met een vergelijkbare chemische samenstelling maar met een verschillende ruimtestructuur) die tijdens de reactie werden gevormd, te veranderen. Als resultaat, de onderzoekers slaagden erin om reactieparameters te bepalen die leidden tot de vorming van alleen tang-type (25-80 °С) of domino-type (140 °С) adducten.

"Naast de theoretische waarde, ons werk zal nuttig zijn voor de verwerking van menselijk afval en voor het identificeren van nieuwe, goedkope hernieuwbare bronnen voor fijne organische synthese. In de toekomst zijn we van plan om bibliotheken van stoffen te synthetiseren voor biologische screening om biologisch actieve stoffen te identificeren, " zei Ksenia Borisova, een co-auteur van het werk, en een postdoctorale opleiding aan RUDN.

De studie werd uitgevoerd samen met de wetenschappers van het Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds van de Russian Academy of Sciences en het Engelgardt Institute of Molecular Biology van de Russian Academy of Sciences.