Как p-элементы забили стрелку переходным металлам и что из этого вышло

Сразу к слайдам На рубеже веков органическая химия плотно подсела на переходные металлы, въехав в 21 век с огромными ожиданиями решения всех проблем синтеза. Казалось, что у переходных металлов есть ответы на все вопросы, и любая структура, как бы сложна она ни была, сколько бы стереогенных элементов не содержала, и какими бы функциями не трясла – будет синтезирована кратчайшим и экономичным путём, ключевыми стадиями которого обязательно будут реакции, катализируемые комплексами переходных металлов. Нельзя сказать, чтобы ожидания были совсем не удовлетворены: напротив, именно в начале 21 века в химии переходных металлов для органического синтеза действительно были совершены многочисленные прорывы, выявившие огромные возможности методов, открытых в конце прошлого века. И – посыпались нобелевские премии, три штуки за 10 лет (2001, 2005, 2010) фактически за реакции одного типа – селективные органические превращения, осуществляемые при помощи катализаторов с переходными металлами и специальными лигандами. Суть всех трёх нобелевок одна и та же – признание за переходными металлами особой роли в органических реакциях, такой многоголосый крик огромного хора осчастливленных синтетиков “что бы мы без вас делали!”. Человеко-химик начала века размышлял о том, как будет выглядеть органическая химия через пару десятилетий, в каком-нибудь 2025 году (ой, это уже скоро, как время-то летит!) – всё очень просто, ведь наверняка для каждого превращения, разрешённого по законам термодинамики, будет найден каталитический процесс и соответствующие катализаторы, комплексы одного из переходных металлов, а все старые, классические органические реакции отправятся в музей истории химии. В общем задачи так и формулировались, когда люди тех времён подавали заявки на гранты в этой области, обещая решение амбициозных задач планетарного масштаба, так, кажется это принято подавать, но как иначе немного денег выбить на исследования. Но деньги деньгами, а приличный химик всё же действительно думает, что новые идеи откроют невероятные возможности – и зачем заниматься наукой, если не желать открытий и свершений. Но всё как обычно не так просто. Вот ведь незадача, с начала века уже четверть века почти прошла, и это очень много, да – очень много. Сделайте мысленный эксперимент: сравните химию 1900 года и 1925 года – за те четверть века было открыто строение атома, дано объяснение химическим связям, в химии прочно обосновались электроны, появились реактивы Гриньяра и литийорганика, фотохимия, первые сложные синтезы природных соединений, начали подбираться к механизмам реакций, и прочая и прочая, голова может закружиться. И это сто лет назад, с теми ещё возможностями – в лабораториях даже тяг ещё не было, не говоря уж о спектрометрах. Разве можно сравнить с нашими возможностями – да наука должна в миллион раз быстрее развиваться! Поставил задачу – завтра решил, несите новую. Даже так: утром поставил – после обеда решил, несите две новых, одну крякнем до вечера, вторую, чтоб уже с утра была, нельзя простаивать в ожидании когда принесут. Вот так должно быть сейчас, не так ли?

Да, мы уже почти там, через четверть века после начала века, год остался, смотрим внимательно, свершилось ли пророчество. Смотрим синтезы в модных журналах: один, другой, третий… десятый… Нет, что-то не совсем так. Действительно, каталитические реакции и переходные металлы часто помогают делать синтезы, и методы стали явно изощрённей, катализаторы интереснее, много новых лигандов, но чтобы прямо все задачи так решались – ничего подобного, даже и близко нет. И что ещё бросилось нам в глаза – совсем новых методов не так много, а использоваться продолжают всё те же кросс-сочетания, метатезисы, гидрирования, Посон-Кханд, некоторое количество реакций присоединения и окисления, но так чтобы что-то такое мы увидели совсем оригинальное – это если и бывает, то очень редко.  И закрадётся нам в головы одно странное подозрение: нет, не все задачи можно решить переходными металлами, а скорее именно те, что ими же и решались еще в конце прошлого века, хотя за последние десятилетия всё это было здорово прокачано всякими новыми примочками, так что возможности и правда неплохо расширились. Скажем, в кросс-сочетании по-прежднему рулит бор, но зато добавились разные уходящие группы, а соединения бора стали получать тоже с помощью реакций, катализируемых комплексами переходных металлов. Это здорово, но разве так должны выглядеть свершения и прорывы.

Химия – странная наука. Любит иногда открывать некоторые свои секреты, но всегда очень-очень понемногу. Любит манить в светлые дали: подбросив какое-то интересное решение одной из старых проблем, даёт понять, что тут ещё много чего скрыто, ищите, и вот прямо тут же и обрящете ещё десятки других решений, ведь всё кажется таким похожим. Но нет – уже следующий шаг оказывается прямо в стену – кто её тут поставил, зачем, почему, а идти-то дальше куда, позади мы уже были, впереди стена, слева и справа какие-то заросли, ни черта не видно, непонятно и шипит кто-то страшно. Нет тут дороги, не видно ни зги, вчера ещё был хайвей, все мчались, а сегодня стена, хорошо хоть не расшиблись в лепёшку.

А ещё химия живёт не в вакууме как тот конь, а в реальном мире, в котором много других людей, которые знать не хотят ни про какие проблемы у химии, но всё время клянчат какие-то новые лекарства и материалы, но приходят в ужас, когда им начинают рассказывать, сколько всего нужно для того чтобы эти вещи сделать – сколько всего нужно добыть, какие заводы построить, и что всё это будет не просто витать в воздухах, а работать, гудеть, пыхтеть, дымить, вонять. И оставлять следы – портить атмосферу и вообще среду обитания, и ещё тратить то, чего оказывается на Земле не так много, и оказывается, что самые ценные в химии переходные металлы как назло все очень редкие, и если мы их сейчас все используем, то что будут делать люди через тысячу лет? О, наверное, люди через тысячу лет что-нибудь придумают, не на печи же они станут валяться всю эту тысячу лет! Да чёрт их знает, где они станут валяться, а мы должны о них подумать сейчас, ведь если не подумаем, они же нас проклянут – скажут, что предки эти безмозглые всё промотали и загадили, устроили потепление, которое плавно перешло в ад, и мы, потомки, теперь вынуждены жить в глубоких пещерах, где хоть немного прохладно. Разве так мыслили они будущее? Мыслили-то так, а ад на земле устроили без всякой мысли, загнав потомков в недра планеты как каких-то нибелунгов. В общем от таких мыслей становится нам нехорошо, и становится ясно, что надо что-то делать безотлагательно. А что? Вот давайте хоть от переходных металлов в органическом синтезе избавимся, не будем их тратить, оставим потомкам, вдруг именно их тогда и не будет хватать для какого-нибудь особенно важного свершения, открытия и изобретения, которое поможет справляться со всеми невзгодами неласкового будущего.

Так и появилась в современной химии эта странная тема – вынос переходных металлов из синтеза. Только внесли совсем недавно, а теперь уже думаем про вынос. Но вот вопрос – а это вообще возможно, и почему мы думаем, что функции переходных металлов могли бы взять на себя элементы главных подгрупп, то есть p-элементы, возможно, с помощью s-элементов. А эти-то, на противоионы только и годные, куда в калашный ряд лезут – у них же даже обычно валентных электронов вообще нет, а если есть, то жалкая пара? А вот не надо обзываться, мы многого раньше не понимали про то, как реакции устроены. В общем и сейчас понимаем ненамного больше, но вот в чём точно убедились это в том, что высокомерие в химии и дискриминация элементов по признаку количества валентных электронов к добру не ведут.