Ученые из Сингапура разработали «зеленый» электрохимический метод синтеза гетероциклов

Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) представили новый электрохимический метод, который позволяет эффективно встраивать атомы азота в насыщенные карбоциклы. Этот подход открывает путь к созданию двух классов ценных N-гетероциклов — функционализированных хинолинов и N-алкилированных насыщенных N-гетероциклов, которые являются ключевыми структурными элементами в синтетической химии и фармацевтике.

Дивергентное электрохимическое встраивание атома азота в насыщенные карбоциклы для получения разнообразных ценных N-гетероциклов. Автор: Nature Synthesis (2025). DOI: 10.1038/s44160-025-00945-x

Работа, проведенная под руководством доцента Ко Мин Джу и профессора Чжао Ю с химического факультета NUS, была опубликована в журнале Nature Synthesis.

Значение N-гетероциклов в химии

N-гетероциклы привлекают большое внимание как в академической среде, так и в промышленности, поскольку служат строительными блоками для разработки лекарств. Создание практичных и эффективных методов их получения остается одной из центральных задач синтетической химии. Среди различных стратегий синтеза N-гетероциклов редактирование скелета доступных циклических соединений путем встраивания атома азота представляет собой нетрадиционный и крайне перспективный подход. Однако прямое встраивание атома азота в насыщенные, ненапряженные карбоциклы с расщеплением связи C–C до сих пор было редкостью из-за высокой термодинамической и кинетической стабильности этих σ-связей.

Разработка более экологичного метода

«Мы хотели разработать более «зеленый» и контролируемый способ превращения насыщенных карбоциклов в различные классы N-гетероциклов. Это значительно облегчило бы устойчивый синтез ценных N-гетероциклических биологически активных соединений для таких областей, как разработка лекарств», — пояснил доцент Ко Мин Джу.

Ученые создали настраиваемую электроокислительную стратегию для эффективного встраивания атома азота в насыщенные карбоциклы в обычных условиях. С точки зрения устойчивости и экологии использование электричества для проведения этой окислительно-восстановительной реакции помогает сократить образование химических отходов. Метод демонстрирует широкую толерантность к различным функциональным группам, включая чувствительные к окислению, что подчеркивает его универсальность.

Потенциальное применение и будущие направления

Практическая полезность метода была продемонстрирована на примере упрощенного синтеза двух потенциальных кандидатов в антагонисты ионных каналов, что подтверждает его ценность для конструирования биологически активных N-гетероциклических структур.

«Стратегически модулируя окисление или восстановление ключевого циклического иминового промежуточного соединения, можно эффективно получить широкий спектр замещенных хинолинов и N-алкилированных N-гетероциклов, несущих синтетически ценные функциональные группы. Мы считаем, что эта методология предлагает универсальную и надежную платформу для модификации и синтеза биологически активных структур», — добавил доцент Ко.

В настоящее время продолжаются исследования по применению этой методологии для синтеза других типов гетероциклических биологически активных соединений.

Больше информации: Guo-Quan Sun et al, Divergent synthesis of N heterocycles from carbocycles enabled by electrochemical nitrogen atom insertion, Nature Synthesis (2025). DOI: 10.1038/s44160-025-00945-x