Chercheurs basés au RUDN, avec des collègues russes, ont étudié la réaction de Diels-Alder dans les dérivés du furane (une substance organique hétérocyclique) et ont réussi à contrôler à 100 pour cent la composition de ses produits. Les modèles décrits peuvent être utiles pour créer de nouvelles méthodes de traitement des déchets agricoles. De plus, la réaction peut être utilisée pour la fabrication de fragments de graphène et d'un certain nombre de substances biologiquement actives. Les résultats de l'étude ont été publiés dans le Journal de chimie organique .

La réaction de Diels-Alder est largement utilisée en synthèse organique. Les chimistes apprécient sa simplicité, fiabilité, et la capacité d'influencer son cours et de changer les conditions du processus. Plusieurs produits de ces transformations sont utilisés pour créer des matériaux de type graphène, vitamines du produit, les hormones, et neuromédiateurs. En raison de sa durabilité, ainsi que la conductivité thermique et électrique, le graphène est utilisé dans le développement de transistors, capteurs, filtres et accumulateurs.

Les scientifiques de RUDN ont étudié la variante de la réaction de Diels-Alder dans laquelle deux composés organiques (alcynes et bis-diènes) forment un composé contenant plusieurs cycles à six chaînons. La réaction se déroule différemment à 25-80 °С et 140 °С :les structures formées dans le premier cas (4а, 8а-disubstitué 1, 4:5, 8-diépoxynaphtalènes) sont appelés « adduits de type pince », " et dans le second cas (2, 3-disubstitué 1, 4:5, 8-diépoxynaphtalènes), "adduits de type domino." Dans les deux cas, on observe la formation d'une substance unique (plutôt qu'un mélange, comme dans la plupart des cas similaires), et un seul produit peut être isolé avec un rendement presque quantitatif.

Les composés initiaux de la réaction étaient le furfural et ses dérivés. Ils peuvent être obtenus en quantités quasi illimitées à partir des déchets agricoles, notamment des abats, coques et tiges de graines de tournesol, sciure, et des copeaux de plusieurs types de bois. La disponibilité et le renouvellement des composés synthétiques basés sur ceux-ci sont particulièrement importants en raison des fluctuations du marché pétrolier et de l'épuisement de leurs ressources à l'avenir.

"La particularité des transformations décrites dans l'ouvrage réside dans le fait qu'elles nous donnent un contrôle complet sur la composition des produits et nous permettent d'obtenir individuellement les substances nécessaires. Ce haut niveau de contrôle sur le déroulement de la réaction est atteint en changeant un seul paramètre - sa température.Presque aucune réaction similaire n'a été connue avant nos recherches, " a expliqué Fedor Zubkov, le chef de groupe, et professeur assistant du département de chimie organique de RUDN.

Les auteurs des travaux ont effectué leurs calculs en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité qui a permis de déterminer les niveaux d'énergie à la fois de l'état de transition de la réaction de Diels-Alder et des produits initiaux et finaux. Ces calculs correspondent aux paramètres géométriques des produits de réaction découverts à l'aide de l'analyse structurelle aux rayons X. Les calculs théoriques effectués au cours de l'étude aideront les scientifiques à prédire les résultats d'interconversions similaires.

Au cours des travaux expérimentaux, les scientifiques ont trouvé des conditions optimales pour le contrôle sélectif de la réaction, à savoir, la température et le solvant (aucun catalyseur n'est nécessaire). Selon la nature des réactifs initiaux, le processus a pris de 20 heures à 10 jours à température ambiante jusqu'à 140 °С. Cela a permis de modifier le rapport de deux composés isomères (c'est-à-dire les composés ayant une composition chimique similaire mais une structure spatiale différente) formés au cours de la réaction. Par conséquent, les chercheurs sont parvenus à déterminer des paramètres de réaction conduisant à la formation de seuls adduits de type pince (25-80 °С) ou de type domino (140 °С).

« Outre la valeur théorique, nos travaux seront utiles pour le traitement des déchets d'origine humaine et pour l'identification de nouveaux, sources renouvelables bon marché pour la synthèse organique fine. À l'avenir, nous prévoyons de synthétiser des bibliothèques de substances pour le criblage biologique afin d'identifier des substances biologiquement actives, " a déclaré Ksenia Borisova, un co-auteur de l'ouvrage, et un troisième cycle à RUDN.

L'étude a été réalisée en collaboration avec les scientifiques de l'Institut Nesmeyanov des composés organiques de l'Académie des sciences de Russie et de l'Institut Engelgardt de biologie moléculaire de l'Académie des sciences de Russie.