Хіміки змогли двічі замінити водень на азот у похідних етилбензолу. Для цього вони використовували каталізатор, який починає працювати після збудження світлом і електричним струмом. Метод, описаний в допоможе простіше отримувати корисні біохімічні молекули.
Хімічні реакції, здатні вибірково розірвати зв'язок вуглець-водень і замінити останній на функціональну групу або атом, порівняно недавно стали популярним напрямком органічного синтезу. Їх прийнято називати реакціями CH-активації. Незважаючи на те, що поодинокі приклади таких реакцій були відомі давно, їх застосовність страждала через відсутність селективності та високу чутливість до функціональних груп. Проте реакції цього типу можуть сильно спростити отримання складних молекул, особливо біохімічних. Особливий інтерес у цьому напрямку викликають реакції з утворенням зв'язку вуглець-азот. Це пов'язано з тим, що азот дуже часто зустрічається в біологічно активних молекулах і обумовлює їх біологічну активність. І, хоча розроблено безліч методів введення азоту в молекулу, більшість з них дозволяє зробити це тільки один раз. При цьому багато синтетичних завдань потребують введення декількох азовмісних фрагментів. Складність ще полягає в тому, що введення функціональних груп в молекулу часто деактивує сусідні положення, що сильно ускладнює можливі маніпуляції з ними. На сьогоднішній день відомо всього кілька підходів до багаторазової CH-активації.
Однією з перспективних стратегій для проведення CH-активації є використання електрофотокаталізу. Цей процес полягає в іонізації молекули каталізатора за допомогою електродів, отриманий іон додатково збуджується за допомогою джерела світла. Отримана частинка являє собою дуже ефективний окислювач і допомагає відірвати атом водню від вихідної молекули. Віддавши на це енергію свого збудження, каталізатор повертається у вихідний стан і повторює цикл. На роль каталізатора відмінно підходять катіони похідних циклопропану. Щоб зробити такий катіон більш стабільним, в його структуру вводяться об'ємні заступники, щоб закрити його від зовнішнього середовища. Часто ці заступники містять атоми азоту, у яких є надлишкова електронна щільність і вони частково компенсують позитивний заряд самого катіону. За рахунок цього він стає більш стабільним.
Тао Шену (Tao Shen) і Трістану Ламберту (Tristan Lambert) з Корнелльського університету вдалося домогтися подвійної CH-активації на прикладі похідних етилбензолу. Для цього вони використовували електролітичний осередок, джерело видимого білого світла, вісім відсотків трисаміноциклопропану (TAC) і тетрафтороборат тріетиламонію як електроліт, для створення електричної провідності. Як розчинник використовували ацетонітріл. Він же служив другим реагентом і джерелом азоту в реакції. Реакційна суміш опромінювалася за допомогою джерела білого світла.
Вихідну речовину і трисаміноциклопан помістили в анодну камеру. Там же і відбувалася подвійна CH-активація. Інші компоненти були рівномірно розподілені по всьому обсягу реакційної суміші. У катодній камері при цьому відбувалося виділення водню. Завдяки просторовому поділу катодної та анодної камер, водень ніяк не заважав проходженню реакції. З використанням цього методу, вченим вдалося отримати продукти подвійної CH-активації, які не виходять за відсутності каталізатора або джерела світла. Також бажані продукти не виходять, якщо використовувати інші каталізатори-окислювачі: пероксодисульфат калію, пероксимоносульфат калію, ді-трет-бутилпероксид та інші.
В результаті хіміки отримали ряд похідних імідазолу, які є продуктами віцинального приєднання, тобто приєднання до сусідніх атом вуглецю. Причому реакція добре відтворюється з різними заступниками, як в ароматичному кільці, так і в бічному ланцюгу. Автори відзначають, що навіть якщо в бічному ланцюгу бензолу більше, ніж два вуглеці, приєднання все одно відбувається в перше і друге положення від ароматичного кільця. За відсутності в першому положенні заступника, в реакції виходить два ізомери. Це відбувається через те, що за відсутності перешкод, імідазольний фрагмент може розвернутися на 180 градусів.
При спробі замінити електроліт (тетрафтороборат тріетиламонія) на перхлорат літію, спостерігався цікавий ефект: замість похідних імідазолу виходили похідні азиридина. Хіміки припускають, що перхлорат-іон впливає на стійкість проміжних продуктів і друга молекула ацетонітрилу просто не встигає приєднатися, що призводить до замикання циклу на одному атомі азоту і утворення тричленого циклу.
Розроблений хіміками підхід, дозволить у майбутньому легше отримувати різні біологічно активні молекули. Серед вже отриманих продуктів є похідна целекоксиба - діючої речовини препарату Celebrex і похідні антагоністів деяких рецепторів.
Селективна заміна атома водню без проміжних стадій в органічних сполуках - це дуже популярна і актуальна проблема. Можливо розроблені методи дозволять не тільки отримати нові класи речовин або спростити отримання вже відомих, а й сильно здешевити ці процеси. Наприклад, нещодавно хіміки навчилися селективно замінювати атом водню на функціональний борвмісний фрагмент.