Investigadores de la RUDN, junto con colegas rusos, han estudiado la reacción de Diels-Alder en los derivados del furano (una sustancia orgánica heterocíclica) y han logrado alcanzar un control del 100 por ciento sobre la composición de sus productos. Los patrones descritos pueden ser útiles para crear nuevos métodos de procesamiento de desechos agrícolas. Es más, la reacción puede usarse para la fabricación de fragmentos de grafeno y varias sustancias biológicamente activas. Los resultados del estudio se publicaron en el Revista de química orgánica .

La reacción de Diels-Alder se usa ampliamente en síntesis orgánica. Los químicos aprecian su sencillez, fiabilidad, y la capacidad de influir en su curso y cambiar las condiciones del proceso. Varios productos de estas transformaciones se utilizan para crear materiales similares al grafeno, vitaminas del producto, hormonas y neuromediadores. Debido a su durabilidad, así como la conductividad térmica y eléctrica, el grafeno se utiliza en el desarrollo de transistores, sensores, filtros y acumuladores.

Los científicos de la RUDN estudiaron la variante de la reacción de Diels-Alder en la que dos compuestos orgánicos (alquinos y bis-dienos) forman un compuesto que contiene varios ciclos de seis miembros. La reacción procede de manera diferente a 25-80 ° С y 140 ° С:las estructuras formadas en el primer caso (4а, 8-disustituido 1, 4:5, 8-diepoxinaftalenos) se denominan "aductos tipo pinza, "y en el segundo caso (2, 3-disustituido 1, 4:5, 8-diepoxinaftalenos), "Aductos tipo dominó". En ambos casos, se observa la formación de una sola sustancia (en lugar de una mezcla, como en la mayoría de casos similares), y solo se puede aislar un producto con un rendimiento casi cuantitativo.

Los compuestos iniciales de la reacción fueron furfural y sus derivados. Pueden obtenerse en cantidades casi ilimitadas a partir de residuos agrícolas, incluidos despojos, cáscaras y tallos de semillas de girasol, serrín, y astillas de varios tipos de madera. La disponibilidad y renovabilidad de los compuestos sintéticos basados ​​en estos son especialmente importantes debido a las fluctuaciones en el mercado del petróleo y al agotamiento de sus recursos en el futuro.

“La peculiaridad de la transformación descrita en el trabajo radica en que nos dan un control total sobre la composición de los productos y nos permiten obtener individualmente las sustancias necesarias. Este alto nivel de control sobre el curso de la reacción se alcanza cambiando sólo un parámetro:su temperatura. Casi no se conocían reacciones similares antes de nuestra investigación, "explicó Fedor Zubkov, el jefe del grupo, y profesor asistente del departamento de química orgánica de la RUDN.

Los autores del trabajo llevaron a cabo sus cálculos utilizando la teoría funcional de la densidad que ayudó a determinar los niveles de energía tanto del estado de transición de la reacción de Diels-Alder como de los productos inicial y final. Estos cálculos coinciden con los parámetros geométricos de los productos de reacción descubiertos mediante el análisis estructural de rayos X. Los cálculos teóricos realizados en el curso del estudio ayudarán a los científicos a predecir los resultados de interconversiones similares.

En el curso del trabajo experimental, los científicos encontraron condiciones óptimas para el control selectivo de la reacción, a saber, la temperatura y el disolvente (no se requiere catalizador). Dependiendo de la naturaleza de los reactivos iniciales, el proceso tomó de 20 horas a 10 días a temperatura ambiente hasta 140 ° С. Esto ayudó a cambiar la proporción de dos compuestos isoméricos (es decir, los compuestos con una composición química similar pero una estructura espacial diferente) formados durante la reacción. Como resultado, los investigadores lograron determinar los parámetros de reacción que condujeron a la formación de aductos únicamente de tipo pinza (25–80 ° С) o tipo dominó (140 ° С).

"Además del valor teórico, Nuestro trabajo será útil para procesar desechos generados por humanos y para identificar nuevos, fuentes renovables baratas para síntesis orgánica fina. En el futuro, planeamos sintetizar bibliotecas de sustancias para el cribado biológico con el fin de identificar sustancias biológicamente activas, "dijo Ksenia Borisova, un coautor del trabajo, y un posgrado en la RUDN.

El estudio se llevó a cabo junto con los científicos del Instituto Nesmeyanov de Compuestos Organoelementos de la Academia de Ciencias de Rusia y el Instituto de Biología Molecular Engelgardt de la Academia de Ciencias de Rusia.