andresol (andresol) wrote,
andresol
andresol

Categories:

Откуда есть пошли карбен-бораны

Краткое содержание поста: Возвращаясь к своей работе в аспирантуре над карбен-боранами, я рассказываю, почему и как проф. Карран решил ими заняться, доведя повествование до момента, когда к проекту подключился я.

***

Пару дней назад я случайно обнаружил, что 21 октября 2015 года о моем ПхД-руководителе Деннисе Карране появилась статья в Wikipedia. Через 34 года после того, как он начал профессорствовать в Университете Питтсбурга. Неплохая статья, с немецкой версией, но написал ее не я. Хотя бы потому, что там нет ни слова о карбен-боранах, которыми я занимался в аспирантуре.


А вместе с тем, карбен-бораны в последние годы стали самым важным, если не единственным проектом в группе Каррана. Хотя и полууспешным. Успешным в плане публикаций: начиная с первого JACS’а летом 2008 года, Curran et. al. соавторили 45 статей на эту тему. Это почти 50% всех каррановских статей за эти последние 7 лет. Но надо сказать, что Карран серьезно сбавил обороты: когда я пришел в 2007 году, в группе было почти 20 человек, а сейчас всего 5-6 и ни одного постдока. И если по ссылке сходили, то заметили, что многие разделы сайта давно не обновлялись.

Справедливости ради отмечу, что большинство этих статей готовилось и писалось в широком сотрудничестве с другими группами французских, американских, японских, немецких и британских химиков. Но даже если поделить 45 на два, то все равно будет внушительное число. Если не для Каррана (у него один только Хирш = 91), то для меня (а я попал в соавторы на 11 из этих карбен-борановых статей).

И неуспешным в плане развития первоначальных задумок. Важными синтетическими реагентами карбен-бораны не стали. Я до сих пор подписан на Google Scholar Alerts по ключевым словам “carbene borane”, “borenium” и по цитированиям на мои собственные статьи. Никакого прорыва не произошло. Поигрались, перебрали простые реакции и зашли в никуда. Ну, в химии такое сплошь и рядом бывает. Разумеется, 10 лет назад Карран надеялся на более яркое будущее для своей придумки.

Статья в Википедии правильно отмечает, что Деннис Карран - в первую очередь радикальный химик, и все его последующие проекты начинались в химии радикалов. С применения радикальных циклизаций началась его карьера в Питтсбурге. Синтез хирсутена оказался настолько популярным, что Николау включил его в первый том Classics in Total Synthesis, откуда о Карране впервые узнал я и потому включил Питтсбург в число универов, куда стоит подать в аспирантуру.


(схема тоже из Вики: https://en.wikipedia.org/wiki/Cascade_reaction)

Но проблема со всеми этими радикальными каскадами, что финальный радикал “R с точкой” часто нужно восстановить до R-H, а самым популярным донором атомов водорода является указанная на схеме “оловяшка” - трибутилтингидрид Bu3SnH (название этого вещества я никогда не мог по-нормальному сказать по-русски). А она ядовитая, вонючая, и заменить ее на что-нибудь более ласковое было давней мечтой радикальных химиков. И вроде много было предложено разных альтернатив, много статей опубликовано, но я уверен, что открой последний JACS, и если там есть синтез с Barton-McCombie deoxygenation (классической радикальной реакцией), восстанавливать будут “оловяшкой”.

В начале 90-х Карран предложил модифицированную версию этого реагента - fluorous tin hydrides (например, (C6F13CH2CH2)3SnH) - которые позволяли удалить оловоорганические побочные продукты экстракцией фторированными растворителями. Из этой идеи выросло его увлечение fluorous chemistry, другими перфторалклированными регентами. Карран создал принцип fluorous mixture synthesis (опубликовал его в Science, получил под него гранты NIH), соавторил книгу, основал компанию Fluorous Technology, чтобы торговать подобными реагентами и колонками с силикагелем с фторированными хвостами (фирма прошлый кризис не пережила и в итоге загнулась). Так и карбен-бораны возникли в его голове благодаря поискам замены для Bu3SnH.

Я представляю как примерно в 2006 году Деннис Карран наткнулся на статью Пола Раблена и Джона Хартвига (того самого, моего будущего руководителя на постдоке) "Аккуратные последовательные энергии диссоциации боранов, полученные расчетами ab initio высокого уровня". Я-то всегда считал, что грош цена любым расчетам в приложении к синтетической органической химии (поэтому не могу перевести accurate как точные). Но зерно здравого смысла в той статье было: комплексация BH3 с основаниями Льюиса уменьшает энергию связи B-H. В расчетах фигурировали вода, амины, фосфины. И действительно в 1998 году Дерек Бартон (тот самый из Barton-McCombie, и вообще Нобелевский лауреат и очень уважаемый мной химик, так как он открыл много одновременно простых и полезных реакций и концепций) опубликовал статью об использовании фосфин-боранов в качестве реагентов для радикального восстановления (но и эту статью все уже забыли).

“Что если взять вместо фосфинов карбены?” - подумал Карран. N-Heterocyclic Carbenes набирали популярность с того момента, как Ардуенго опубликовал способ их простого получения в 1991 году. Заменить фосфин на карбен - стало потом классическим приемом в моей аспирантской работе: брал реакции известные для фосфин-боранов и проверял, что будет в аналогичных условиях с карбен-боранами. В конце концов, Роберт Граббс такой небольшой заменой фосфина на NHC получил катализаторы Граббса 2-го поколения (а через 10 лет и Нобелевскую премию). Катализаторы 1-го поколения были бы слишком неактивными, чтобы по-настоящему заинтересовать полных синтетиков. Мое мнение, что и за свободные карбены стоит тоже Нобеля дать когда-нибудь.

Карбенов в расчетной статье не было, но сами соединения NHC-BH3 были синтезированы немцами еще в 1993 году безо всякого намека на применение. Тогда все бросились получать комплексы N-гетероциклических карбенов со всеми элементами Периодической системы. А тут у Каррана была ясная практическая идея с теоретическим обоснованием. Оставалось только получить карбен-бораны и проверить. Задание было поручено китайскому аспиранту Бин Суи.

И у Бина ничего не получилось. Он даже не смог синтезировать карбен-бораны. Потом нам это казалось смешным, странным. Через много лет я даже интереса ради нашел его лабораторные журналы на полке в общей комнате, полистал, но так и не понял, почему у него не сработали реакции, которые потом у нас успешно делали андеграды, только что пришедшие в химическую лабораторию. В общем, продукта Бин не выделил и решил, что карбен-бораны слишком неустойчивые. Их в группе Каррана долго считали таковыми, пока я не показал, что им ничего не будет не только на воздухе, но и на воздухе в кипящей уксусной кислоте.

Бину дали другой проект. За аспирантуру он успел закончить не самый простой синтез, начать еще один, защитился в 2009 году и пошел постдоком в Гарвард. Некоторое время я проработал с ним в одной комнате и считал его самым толковым и серьезным среди наших китайцев. Он мне очень много полезного рассказал о поиске постдока: шел он в группу Киши, обязательно в Гарвард, потому что из Гарварда проще будет попасть в фармацевтическую индустрию - они туда приходят делать он-кампус интервью. И, вроде, все правильно Бин просчитал, но органиком-синтетиком его никуда не взяли, и он пошел в итоге в стартап по разработке батареек. Но парень он был умный, получил грин-карту по EB1-A (а для китайцев и индусов получить грин-карту еще сложнее, чем нам), и вот уже пару лет работает в химиком в Air Liquide в Бэй Эрии.

Но Карран не хотел так просто отказываться от карбен-борановой задумки. Он решил дать ей второй шанс во время 6-месячного саббатикала (такой полурабочий отпуск) во Франции в Université Pierre et Marie Curie (чье сокращение UPMC в University of Pittsburgh вечно путалось с местным медицинским центром, который тоже UPMC). По-французски Карран по словам французов говорит без акцента. Хотя в школе он учил латынь, а французского не знал до 35 лет. Он рассказывал, что случайно оказался на несколько месяцев в швейцарском Базеле рядом с французской границей, от нечего делать стал учить французский и ему понравилось.

В общем, он быстро нашел общий язык с французскими коллегами. Сделали теоретический расчет для энергии связи B-H в карбен-боранах, и она оказалась близкой к энергии связи Sn-H, то есть в теории все работало: карбен-бораны должны были оказаться такими же замечательными донорами водорода как и “оловяшка” (забегая вперед, скажу, что в реальности все эти расчеты оказались фуфлом, ошибка в константах реакции оказалась в два порядка). Оставалось еще раз попытаться их синтезировать. Эта почетная обязанность легла на тайваньскую постдокшу Шау-Хуа.

Для Шау-Хуа это уже был третий постдок. Когда все ее друзья ломанулись в заграничную аспирантуру, Шау-Хуа решила, что она маленькая и глупая по сравнению с ними, и получила ПхД на Тайване. И решила, что она все равно маленькая и глупая и пошла делать на Тайване же постдока. Потом еще одного. И, наконец, к 30+ годам решилась отправиться заграницу (а без этого ей сложно было бы стать тайваньским профессором) - во Францию. Потом она сделает по сути 4-го постдока в Питтсбурге, работая в лабе рядом со мной над карбен-боранами. Скажет, что в плане оснащения лаб Франция и США далеко отстали от Тайваня и вернется на родину руководителем группы в их Тайваньском институте здоровья. И вообще она была редкостной патриоткой. Когда я спросил ее про одну надпись на китайском, может ли она прочитать ее и перевести, она ответила, что может, но не будет, потому что это неправильный китайский (Simplified, а не принятый на Тайване Traditional). Забавно было смотреть, как ее бесят наши китайские аспиранты-ватники, которые по всей лабе развесили символы Олимпиады в Пекине 2008 года. Говорить по-китайски она с ними, кстати, вполне могла.

И вот Шау-Хуа, предупрежденная, что карбен-бораны неустойчивы, их быстро и легко получила (руки у нее были хорошие), но обращалась с ними бережно. Они успешно восстанавливали ксантаты в условиях радикальных реакций.


Это был успех и статья в JACS, на которую я дал ссылку в начале истории. Ее даже одним абзацем упомянули в C&EN - единственная подобная честь для наших карбен-боранов. Шау-Хуа была первым автором. Вторым - Малика - французская аспирантка, которая потом в Париже стала первым человеком, защитившим по карбен-боранам диссертацию (на год раньше меня). Этьен делал расчеты. Луи, Эммануэль и Макс - тройка французских профов, которых надо было обязательно включать во все статьи по карбен-боранам (часто из вежливости и обязательно со звездочками, как шутил Карран: “Many chiefs, few Indians” - у Шау-Хуа потом была статья, где она единственная работала руками + 4 соавтора со звездочками). Если Эммануэль еще играл роль в обсуждении и написании статей, то Макс был, кажется, исключительно большим начальником, который выбивает деньги. И последний автор - Деннис Патрик Карран, конечно же.

Летом 2008 года он вернулся в Питтсбург и привез с собой работающий карбен-борановый проект, желание насаждать его в Новом Свете и постдочку Шау-Хуа. Я же заканчивал свой первый год аспирантуры с почти нулевым результатом по проекту, который мне назначил Карран перед своим отъездом. Меня частично извиняло то, что первые два семестра я полностью посвятил классам и преподаванию, но, вероятнее всего, это был неработающий проект. И тут Карран попросил меня отвлечься от него буквально на пару недель и протестировать карбен-бораны для восстановления одного из полученных мной соединений. Пара недель превратились в три с половиной продуктивных года.
Tags: chemistry, memoir
Subscribe

  • Гора Бейкер, озера и ледник

    На этой неделе съездили на север штата к горе Бейкер, рядом с канадской границей. Я хотел пройти там два трейла: Chain Lakes Loop и Heliotrope Ridge…

  • Lake Valhalla, Gem Lake и другие

    На этой неделе мы съездили на Lake Valhalla. Точнее, на гору McCausland, откуда открывается классический вид, к самому озеру мы так и не подошли:…

  • Животные из поездки

    Я обещал написать отдельный пост о животных, которых мы видели во время путешествия в Южную Дакоту. Первого необычного зверя мы заметили, когда…

  • 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.
  • 26 comments

  • Гора Бейкер, озера и ледник

    На этой неделе съездили на север штата к горе Бейкер, рядом с канадской границей. Я хотел пройти там два трейла: Chain Lakes Loop и Heliotrope Ridge…

  • Lake Valhalla, Gem Lake и другие

    На этой неделе мы съездили на Lake Valhalla. Точнее, на гору McCausland, откуда открывается классический вид, к самому озеру мы так и не подошли:…

  • Животные из поездки

    Я обещал написать отдельный пост о животных, которых мы видели во время путешествия в Южную Дакоту. Первого необычного зверя мы заметили, когда…