Ķīmiķi jau sen to bija pelnījuši. OSI jaunais zinātnieks Igors Sokolovs

Igors Sokolovs ir Organiskās sintēzes institūta (OSI) Organiskās sintēzes perspektīvo tehnoloģiju laboratorijas zinātnieks. Viņam kopā ar kolēģiem ir izdevies atrisināt aktuālu zinātnisku problēmu, tādējādi paverot ceļu līdz šim plaši neizmantotu broma(III) atvasinājumu izmantošanai organiskajā sintēzē. Atklājums ir radījis ne tikai augstvērtīgu sintēzes metodi, bet arī jaunas zināšanas elektroorganiskās sintēzes jomā, kas ir viena no galvenajām metodēm ilgtspējīgas ķīmijas nozarē. Izstrādātā pieeja ir publicēta pasaules visaugstākās raudzes zinātniskajos žurnālos, kā arī Latvijas Zinātņu akadēmija 2021. gadā to nosauca par Latvijas zinātnes sasniegumu.

Organiskā sintēze ir organisku vielu iegūšana no vienkāršiem savienojumiem Tā tiek izmantota visdažādāko produktu iegūšanā, tai skaitā jaunu un jau esošu zāļvielu un materiālu izstrādē un ražošanas procesos. Visbiežāk šo produktu iegūšana nenotiek vienā procesā vai stadijā. Dažkārt tās var būt pat pārdesmit secīgas dažādas stadijas, tādēļ nav pārsteigums, ka, laika un resursu taupīšanas nolūkos, ir svarīgi meklēt jaunas metodes un pieejas stadiju skaita samazināšanai. Viena no ķīmiķiem ērtām pieejām galaprodukta radīšanā ir “vēlīnā modificēšana” (late-stage modification), kad nepieciešamās strukturālās izmaiņas molekulā tiek veiktas pārvērtību kaskādes beigu posmā. Šīs pieejas izmantošana padara organisko savienojumu sintēzi produktīvāku, kā arī iespējams viegli diversificēt iegūstamo savienojumu klāstu, kas ir būtiski jaunu zāļvielu meklējumos. 

Viena no ķīmiķiem ērtām “vēlīnās modificēšanas” metodēm ir tieša C-H saišu funkcionalizēšana. Tā nodrošina vajadzīgā aizvietotāja ievadīšanu bez papildus sintēzes stadijām. Visbiežāk šādu pārvērtību veikšanai izmanto dārgus, bieži vien arī toksiskus parejas metālu katalizatorus. Taču C-H saites tiešu funkcionalizēšanu iespējams veikt arī ar citām metodēm, piemēram, izmantojot hipervalentos joda(III) savienojumus. Neskatoties uz to, ka hipervalentā joda(III) savienojumu ķīmija pēdējā desmitgadē ir ārkārtīgi strauji attīstījusies (vairāk nekā 15 000 publikācijas kopš 2010. gada) un tie kļuvuši par plaši izmantotiem reaģentiem mūsdienu organiskajā sintēzē, ne visos gadījumos ar tiem var realizēt nepieciešamās ķīmiskās pārvērtības. Šajos gadījumos loģiski būtu izmantot radnieciskos hipervalentos broma(III) savienojumus, kuru reaģētspēja ir ievērojami augstāka nekā joda(III) analogiem. Tā kā literatūrā bija sastopami maz piemēri šo perspektīvo reaģentu izmantošanai, Igors nolēma šo zināšanu trūkumu aizpildīt un savā postdoktorantūras pētījuma projektā pievērsās tieši hipervalentā broma(III) savienojumu izmantošanas iespēju izpētei C-H saišu funkcionalizēšanā.

Līdz šim būtisks šķērslis broma(III) atvasinājumu izmantošanai bija tas, ka parastos laboratorijas apstākļos tos iegūt nevarēja. Venīgā metode hipervalentā broma(III) savienojumu iegūšanai paredzēja ārkārtīgi toksiskā broma trifluorīda izmantošanu. Vēl vairāk – tā kā broma trifluorīds ir nestabils un sprādzienbīstams šķidrums, kas reaģē pat ar stiklu, pasaulē ir tikai dažas laboratorijas, kuru aprīkojums ļauj droši strādāt ar šo bīstamo izejvielu.

Tādējādi vispirms bija jāatrisina hipervalentā broma(III) savienojumu iegūšanas problemātika.

Sadarbojoties ar zinātniekiem no Rostokas Universitātes, Igors Sokolovs kopā ar prof. Edgaru Sūnu (OSI) uzsāka pētījumus, lai hipervalentā broma(III) savienojumus iegūtu citā ceļā – izmantojot elektrisko strāvu jeb elektrosintēzes procesā. Vēl vairāk, izstrādājot šādu metodi, izdotos apiet gan grūtības hipervalentā broma(III) savienojumu iegūšanā, gan to sintēzei izmantot nākotnes ķīmijas metodes, jo elektrosintēzei ir izteikti zemas izmaksas (1 kg vielas ražošanai nepieciešamā strāva izmaksā nepilnu eirocentu), tā ir videi draudzīga (strāva nerada kaitīgus ķīmiskos blakusproduktus un izmešus) un droša (netiek izmantoti toksiski ķīmiskie reaģenti).

Igoram trīs gadu laikā ir izdevies veiksmīgi izstrādāt elektrosintēzes metodi un ar tās palīdzību iegūt vairāku hipervalentā broma(III) savienojumu klašu pārstāvjus. Radītā metode ir ne tikai ērta un ikvienā laboratorijā izmantojama, bet arī viegli mērogojama un ar to var sintezēt augstvērtīgos savienojumus līdz pat 1 kg apjomam. Igors arī ir parādījis veiksmīgus piemērus broma(III) savienojumu izmantošanai C-H saites funkcionalizēšanas reakcijās, veidojot jaunas C-C, C-N un C-O saites dabasvielu – flavonu iegūšanā.

Izstrādātā metode un tās izmantošana C-H saites funkcionalizēšanā ir publicēta prestižos zinātniskajos žurnālos – Angewandte Chemie International Edition (ietekmes faktors 16,8) un Chemistry – A European Journal (ietekmes faktors 5,0), apliecinot izstrādātās pieejas novitāti zinātnieku aprindās.

Pētījums “C-H funkcionalizēšana, izmantojot elektroķīmiski ģenerētus organo-l3-bromānus” top pateicoties pēcdoktorantūras pētniecības atbalsta projektam Nr. 1.1.1.2/VIAA/2/18/377.