andresol (andresol) wrote,
andresol
andresol

Categories:

Эверетт и борилазиды

Краткое содержание поста: История аспирантуры моего лабмейта Эверетта Мерлинга рассказывается параллельно с химией карбен-борилазидов (они же карбен-азидобораны). Смогут ли они вступить в реакцию [3+2]-циклоприсоединения с диполярофилами, а Эверетт защитить диссертацию?

***

Эверетт, мой приятель по лабе проф. Каррана, начал аспирантуру в Питтсбурге в 2009 году, через два года после меня. Сын двух врачей из Айовы, старший из 11 детей, eagle scout, кларнетист marching band в Xavier University в Цинциннати, владелец собственного дома в Питтсбурге (родители все же врачи) и разрешения на ношение оружия оказался республиканцем, неплохим химиком и несколько инфантильным интеллигентом в очках.

Назначен он был на тот же карбен-борановый проект, по которому уже успешно работал я и несколько постдоков. Профессор предложил ему поиграть с карбен-борилазидами NHC-BH2N3. Азиды RN3 - интересные звери сами по себе. Азид натрия используется в подушках безопасности, азид свинца - в детонаторах, и все мы ждем Нобеля за клик-химию, где реакция азидов с алкинами является самым ярким примером. А вот я приготовил карбен-борилазид.



Это не был самый первый борилазид вообще, но первый стабильный, который можно на колонке почистить и в баночку положить. Немецкие химики еще задолго до Thomas Klapötke в 1960-е годы любили приготовить и жахнуть какой-нибудь B(N3)3. Но я честно не собирался ничего взрывать. Для меня это в первую очередь был “еще один нуклеофил”, с которым можно было провести реакцию замещения на атоме бора, насинтезировать необычных веществ, получить их X-ray структуры и опубликовать свою главную статью в JACS’е.



Однако потенциальную взрывоопасность мы не игнорировали. Наш французский коллаборатор Эммануэль предлагал связаться с ребятами, которые тестируют взрывчатые вещества на стабильность, ударяя по ним молотком. Но Карран приобрел для лабы книжку по химии азидов, где в первой главе мы вычитали об эмпирическом правиле: если в веществе количество азотов в 3 и более раз меньше, чем остальных тяжелых элементов (то есть без водородов), то можно работать и не бояться, что оно взорвется: (C + B + O) / N ≥ 3. Для моих больших и рогатых карбенов формула азида получалась C27H38BN5, (27 + 1) / 5 = 5,6. Он плавился без разложения при 180-182 ºC. Пузырьки газа начинали выделяться только выше 270 ºC. Проблемой станет, наоборот, заставить его хоть как-то прореагировать дальше.

Люблю я такие стабильные соединения. Вот Эверетт попробовал получить борилазид с наименьшим карбеном, где вместо рогатых групп метилы, и, конечно, выделить его не смог. Хранил в растворе в морозилке. Для C5H12BN5 правило дает (5 + 1) / 5 = 1,2 - потенциально взрывоопасно. Более того, в ЯМР Эверетт наблюдал сигнал от карбен-триазидоборана NHC-B(N3)3 и благоразумно отметил: “The triazide 84 has an extremely low carbon-to-nitrogen ratio of 0.45, so we did not pursue isolation of this compound”.

А вот я с большим карбеном готовил диазид, выделял, кристаллизовал и не боялся, так как там соотношение 3,5. Я вообще-то к технике безопасности очень строго стал относиться за время аспирантуры. Взрывы у нас в лабе были, но не с азидами, а с перхлоратами. Недаром и в своей группе Хартвиг просил, чтобы перед работой с азидами и перхлоратами все получали его персональное благословение. А я понял, что самое главное даже не химическая природа вещества, а его количество - scale. Если работать с 40 мг, то ничего плохого не случится.



Может быть, именно потому, что для меня карбен-борилазид был всего лишь еще одним необычным веществом, подпроектом подпроекта, самую красивую реакцию с ним суждено было провести не мне - первооткрывателю, а новичку Эверетту. Я, конечно, знал химию органических азидов и видел четкие параллели между карбен-боранами и углеводородами, но выписав список идей, что можно дальше сделать с моим азидом, зациклился на его восстановлении.

Получение NHC-BH2NH2 стало моей идеей-фикс, но я так и не синтезировал его ни одним из многочисленных способов. Обыкновенные азиды можно восстановить боранами, но я уже знал, что B-H связи в карбен-боранах для этой цели дубовые, а потому две эти функциональные группы мирно сосуществуют. Ни LiAlH4, ни Ph3P, ни H2, Pd/C, которые бы со свистом восстановили алкил- или арилазиды, не брали NHC-BH2N3. С веществом ничего не происходило. Уж не знаю, виной тому стерические или электронные эффекты, или все вместе, но я обиделся на азиды и переключился на другие проекты.

И тогда Карран на очередном сабгрупп-митинге карбен-боранщиков предложил Эверетту попробовать [3+2]-циклоприсоединение карбен-борилазида с алкинами. А андеграду Владимиру - ту же реакцию с нитрилами. Так NHC-BH2N3 перестал быть “моим азидом” и стал нашим.



Владимир - тоже интересный персонаж. Кажется, химия была у него minor, а major он был в социологии. Или наоборот. Но неважно. Он даже немного говорил по-русски (приехал в США в детстве с родителями и братом-близнецом Николаем) и был несколько медлителен. Я даже разозлился на него однажды, когда он перепутал иод и азид натрия. Ну, прямо черное с белым. Да, учить Владимира химическим премудростям назначили именно меня. В целом, карбен-бораны - прекрасный обучающий проект. Начинается с довольно простого, но поучительного трехстадийного синтеза NHC-BH3, а там уже недалеко (one-pot - “один горшок”) до NHC-BH2N3.

Но постепенно Владимир выучился и синтезу, и колоночной хроматографии, и снятию спектров ЯМР (хотя долго таскал с собой шпаргалку с командами для компьютера), и даже начал генерить собственные идеи, с чем еще можно ввести в реакцию азид. После получения бакалавра он остался в группе Каррана мастер-стьюдентом, но как только его приняли в медшколу, свалил из химии, как и другой наш андеград Джордан.

Итак, задача руководством была поставлена ясная: сочетать борилазид с любым нитрилом в борилтетразол. “The reaction with acetonitrile should be fast enough even at room temperature”, - сказал Карран. Авотфиг. И с бензонитрилом фиг. Четырехкоординированный бор делает азид настолько электронодонорным, что нужен был электронакцепторный нитрил. Я посмотрел по базе реактивов, что у нас имеется в наличии. Во, тозилцианид - 4-MeC6H4S(=O)2CN - если и с этим не получится, то дохлое дело. При умеренном нагревании тозилцианид и карбен-борилазид сочетались двумя ковалентыми связями и дали здоровые, разделяемые на колонке тетразолы.



А Эверетт тем временем химичил с алкинами. И пришел к тем же выводам, что алкин должен быть электронакцепторным: например, пропиолатом или даже ацетилендикарбоксилатом. С неактивированными алкинами реакция шла медленно. Я помню, как заходил к Эверетту в лабу, и у него в тяге днями грелись ЯМР ампулы, но и 10 дней в толуоле при 110 ºС подчас не хватало, чтобы весь азид прореагировал. Микроволновка или катализ медными солями помогали мало, если вообще помогали.

Региоселективность, конечно, была большим вопросом. С монозамещенными алкинами обычно получались 1,4-замещенные триазолы, с нитрилами - 1,5-замещенные тетразолы, с дизамещенными алкинами - смеси 1,4- и 1,5-триазолов. Это, конечно, все было подтверждено X-ray структурами. Я тогда умел на пальцах объяснить, почему получается именно так. Но через 3 года китайцы-теоретики эти наши реакции обсчитали и сказали, что все так и должно быть. Но я в орбитали не верю. Верю в синтез, ЯМР и рентген.



Пришла пора писать статью, которая вышла в Org. Lett. в 2012 году. Эверетт был первым автором, Владимир вторым, я даже не попал в Acknowledgment и вообще уже был в Берклях, но все равно чувствовал сопричастность к этой работе. Красивая все же реакция. Вы только посмотрите на эти аддукты - тут же и связь с другой большой темой в группе Каррана - fluorous chemistry:




Недаром на конференциях по моему постеру вопросов о карбен-борилазидах было всегда больше всего. А когда я рассказал одному профессору из Северной Каролины о том, что мы их научились [3+2]-циклоприсоединять, ему это ужасно понравилось. Он сам циклоприсоединял сульфонилазиды. Это вообще стало модным, целое направление: сочетать X-N3 c диполярофилами, перебирая все X в периодической системе: от бора до молибдена. Но с борилазидами наша группа была первой. Потом уже подключились остальные, включая мощного неорганика Дугласа Стефана из Торонто, и эта статья Эверетта накопила за 3 года 20 штук цитирований.

Но в этот момент Эверетт и карбен-борилазиды зашли в творческий тупик. Я защитился в декабре 2011 года. Эверетт в тот момент безуспешно пытался что-то сделать дальше с продуктами циклоприсоединения, отделить карбен-борильную часть и преподнести это как новый способ синтеза триазолов. Но карбен-бораны иногда настолько упрямы, что их не возьмешь концентрированной кислотой. Эверетту пришлось довольствоваться сомнительными результатами, которые в статью было решено не включать.

В том же 2012 году у него вышла вторая статья в Org. Lett. - коллаборейшн с немецкой группой Herbert Mayr по количественной оценке нуклеофильности NHC-BH3 и их присоединению к некоторым электронакцепторным алкенам (но это тема для отдельного поста). И все. Больше за годы аспирантуры статей Эверетт не опубликовал.

У меня стоят Google Scholar alerts на все статьи из группы Каррана и все статьи по карбен-боранам. Я следил, как публиковались и защитились по этой теме два других аспиранта. Как канадцы использовали наш карбен-борилазид для синтеза ”неорганического ацетилена HBNH”, а статей Эверетта больше не появлялось.

Год назад я написал ему в числе нескольких моих знакомых, чтобы рассказать о своем пути из постдоков в мобильные разработчики. Он быстро ответил, поздравил меня, но признался, что подзадержался в группе Каррана, после защиты своего classmate Бена стал в группе самым старшим - необычное чувство. Что он потратил 8 месяцев на придумывание original proposal’а - обязательное требование для защиты. Что, откровенно говоря, химия ему надоела, но защищаться надо, профессор Карран хочет, чтобы он закончил до конца 2014 года. В своем последнем письме в декабре он все еще писал диссер.

Наконец, на прошлой неделе я получил Google Alert на его диссертацию, которая была защищена в конце апреля, а в конце сентября стала доступна для скачивания на сайте Университета Питтсбурга. Вечер понедельника я провел за чтением и химическими воспоминаниями. Хотя полностью новых вещей в диссертации было неожиданно мало. Все это была химия, которую мы 4 года назад обсуждали на сабгруппах. 80% диссера Эверетт сделал за один год: с осени 2010-го по осень 2011 года. Экспериментальная часть почти полностью скопирована из тех двух статей. Даже результаты Владимира включены с пометкой “cycloadditions of nitriles and select alkenes were tested with the help of an undergraduate worker Mr. V. Lamm”, что для меня выглядит натянуто - экспериментально это все было сделано Владимиром без участия Эверетта.

У меня диссер был на 250 страниц с 96 новыми охарактеризованными карбен-боранами (я считаю по HRMS). У Эверетта - 120 страниц и 22 новых вещества (с многочисленными ляпами в экспериментальной части, когда данные по одному соединению оказываются под другим или вообще исчезают). Все же повезло ему, что вначале попалась работающая реакция, которая позволила потом работать, не боясь, что не на чем будет защищаться. Или не повезло? И, наоборот, сбило не на тот путь и лишило мотивации?

После чтения диссертации мне сложно представить, чем он занимался последующие 3,5 года: от моей защиты до своей. Ну, готовил пропозал, писал диссер - пусть это год. Классов и преподавания у него уже не оставалось. Те неудачные реакции, которые у него там описаны, но опубликованы не были - это тоже год с самой большой натяжкой. Одна из его проблем в том, что я в основном работал с массивными карбенами, с рогатыми заместителями, а Эверетт - с простейшим 1,3-диметилимидазолиденом. Последний дешевле синтезировать, и у diMe-Imd-BH3 минимальные стерические трудности. Потому он хорош, как реагент, но если надо выделить и охарактеризовать карбен-борановый продукт, то лучше идти по моему пути. Эверетт пытался его повторить с меньшим карбеном (зачем?) и постоянно натыкался на быстро разлагающиеся продукты, которые можно было только заметить в 11B ЯМР и то чаще в виде смеси.

Свой профиль на linkedin Эверетт не обновлял, оставаясь вечным аспирантом. Но там я нашел его не @pitt.edu адрес и написал запоздалое поздравление с получением PhD и о том, что я прочитал его диссертацию.

Он мне быстро ответил. Пошутил, что теперь он не единственный человек, который читал его диссертацию. Рассказал, что продал дом в Питтсбурге, вернулся к родителям и рассекает на мотоциклах с младшими братьями по Мидвесту - роскошь, которую могут себе позволить американские выпускники, потому что им не нужно думать об иммиграционном статусе. Пробовал он преподавать органическую химию в маленьком колледже, но через пару месяцев бросил - не его. Будет искать работу в химической индустрии в Цинциннати. Почему именно в Цинциннати, я его не спросил.
Tags: azide, chemistry, grad school, memoir
Subscribe

  • Tide Pods прячут от людей

    Захотели мы как-то в ноябре посмотреть, сколько стоит Tide Pods в Safeway, чтобы потом сравнить с другими магазинами. Подходим к полке, а там стоят…

  • О чём нужно писать в жж

    Летом интереса ради я поставил в настройках своего журнала галочку «Показывать страницы комментариев в стандартном стиле», чтобы видеть, сколько…

  • Жёлтые лиственницы восточных Каскадов

    В конце сентября в штате Вашингтон начинается Larch Madness (лиственничное безумие) – короткий период в 2–3 недели, когда желтеют лиственницы на…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 22 comments

  • Tide Pods прячут от людей

    Захотели мы как-то в ноябре посмотреть, сколько стоит Tide Pods в Safeway, чтобы потом сравнить с другими магазинами. Подходим к полке, а там стоят…

  • О чём нужно писать в жж

    Летом интереса ради я поставил в настройках своего журнала галочку «Показывать страницы комментариев в стандартном стиле», чтобы видеть, сколько…

  • Жёлтые лиственницы восточных Каскадов

    В конце сентября в штате Вашингтон начинается Larch Madness (лиственничное безумие) – короткий период в 2–3 недели, когда желтеют лиственницы на…