Synthesis and utilization of aminophosphonate and aminophosphine oxide derivatives  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
111895
Type PD
Principal investigator Bálint, Erika
Title in Hungarian Aminofoszfonát- és aminofoszfin-oxid-származékok szintézise és hasznosítása
Title in English Synthesis and utilization of aminophosphonate and aminophosphine oxide derivatives
Keywords in Hungarian Kabachnik-Fields reakció, "klikk reakció", mikrohullám, aminofoszfonátok, kétfogú átmeneti fémkomplexek, homogén katalitikus reakció
Keywords in English Kabachnik-Fields reaction, Click reaction, microwave, aminophosphonates, bidentate transition metal complexes, homogenous catalytic reaction
Discipline
Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Pharmaceutical chemistry
Panel Chemistry 2
Department or equivalent Department of Organic Chemistry and Technology (Budapest University of Technology and Economics)
Starting date 2014-09-01
Closing date 2017-12-31
Funding (in million HUF) 11.988
FTE (full time equivalent) 2.59
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A zöld kémia fontossága manapság egyre inkább előtérbe kerül. A zöld kémia 12 alapelvével összefüggésben, a mikrohullámú (MW) besugárzással elősegített szerves kémiai szintézisek és a katalitikus eljárások alkalmazása igen fontos terület. A MW technika alkalmazásával a reakciók gyorsabban és hatékonyabban, valamint nagyobb termeléssel és szelektivitással játszódnak le a hagyományos melegítéshez képest. A MW reaktoroknak két fő fajtája ismeretes, szakaszos, illetve folyamatos üzemű. A folyamatos MW reaktorok napjainkban kezdenek jelentőssé válni.
Az α-aminofoszfonátok és származékaik az α-aminosavak strukturális analógjai. Sokoldalú biológiai aktivitásuknak köszönhetően, napjainkban intenzíven foglalkoznak előállításukkal. Az aminofoszfonátok bizonyos származékai átmeneti fémkomplexek potenciális foszfin ligandumai is lehetnek.
Jelen kutatás célkitűzése új aminofoszfonátok és aminofoszfin előállítása katalizátor- és oldószermentes MW körülmények között. A reakciókat nemcsak szakaszos, hanem folyamatos üzemű MW reaktorban is el kívánjuk végezni. Utóbbi esetben oldószer alkalmazásával. További célunk új típusú aminofoszfonátok előállítása mikrohullámmal elősegített „klikk reakcióval”.
Tervezzük az előállított aminofoszfonátok felhasználhatóságának vizsgálatát. Legtöbbjüket foszfin ligandumként kívánjuk hasznosítani platina- és/vagy palládium-komplexek szintézisében. A komplexeket homogén katalitikus reakciókban katalizátorként tervezzük alkalmazni.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatás során tervezett kísérletek célja új aminofoszfonát- és aminofoszfin-oxid-származékok előállítása MW körülmények között, valamint kétfogú foszfin ligandumként történő hasznosítása átmeneti fémkomplexekben. Végül, az előállított komplexek katalitikus aktivitásának vizsgálata homogén katalitikus reakciókban.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A környezetbarát körülmények között szintetizált aminofoszfonát- és aminofoszfin-oxid-származékok biológiai hatással rendelkezhetnek, illetve potenciális foszfin ligandumok lehetnek kétfogú platina- vagy palládium-komplexekben. Az előállított átmeneti fémkomplexek hatékony katalizátorok lehetnek a finomkémiai-, a gyógyszer- és a növényvédőszeripar, valamint a szintetikus szerves kémiában fontos szerepet játszó homogén katalitikus eljárások során.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Napjainkban az élet minden területén, így a vegyiparban is egyre fontosabbá válik környezetünk és egészségünk védelme, ennek köszönhető a zöld kémia világszerte tapasztalható elterjedése. A zöld kémia 12 alapelve szerint környezetbarát és egészségre ártalmatlan termékek előállítása és technológiák kidolgozása a legfőbb feladat. Ezzel összefüggésben, manapság egyre jobban előtérbe kerül a mikrohullámú (MW) technika szerves kémiai alkalmazása, hiszen MW besugárzás hatására a kémiai átalakítások hatékonyabbá tehetők, vagyis a reakciók gyorsabban és szelektívebben játszódhatnak le, illetve nagyobb termelés érhető el. Továbbá elkerülhető a felesleges oldószerek és katalizátorok használata. Kezdetben háztartási MW sütőkben végeztek kísérleteket, melyekben a hőmérséklet mérésére nem volt lehetőség, így a reakciók nehezen voltak reprodukálhatók, ráadásul gyakran baleseteket is okoztak. A 2000-es évektől kezdődően folyamatosan jelennek meg a közvetlenül kémiai célra készített, biztonságos, könnyen és jól szabályozható MW reaktorok.
Jelen kutatásunk célja új aminofoszfonát-származékok előállítása katalizátor és oldószer hozzáadása nélkül, MW körülmények között. Az α-aminofoszfonátok szerkezete az élőlények szervezetében megtalálható α aminosavak szerkezetére hasonlít, ezért biológiai aktivitással rendelkezhetnek. Előállításuk leggyakrabban három komponens, egy amin, egy oxovegyület és egy foszforvegyület kondenzációján alapul, melyet felfedezői tiszteletére Kabachnik-Fields reakciónak neveztek el.
A kapott vegyületekből olyan katalizátorokat szeretnénk előállítani, melyek hatékonyak lehetnek a finomkémiai-, a gyógyszer- vagy a növényvédőszeripar szempontjából fontos eljárásokban.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
These days, green chemistry has become of increasing importance. In the context of the 12 principles of green chemistry, microwave (MW)-assisted organic synthesis and catalysis represent a challenging field. Applying MW technique, the reactions are usually faster and more efficient, the yields and selectivities are much higher, compared to conventional heating. The MW reactors have two main type, batch or continuous flow system. The continuous flow MW reactors started to become significant nowadays.
α-Aminophosphonates and related derivatives are structural analogues of α-amino acids. Due to their versatile bioactivity, they are in the focus these days. Certain derivatives of them can be also potential phosphine ligands for transition metal complexes.
One of the most widespread method for the synthesis of α-aminophosphonates is the Kabachik-Fields (phospha Mannich) reaction, which is based on the condensation of an amine with an aldehyde or ketone and a >P(O)H species, such as dialkyl phoshite or secondary phosphine oxide.
The goal of the present research is the synthesis of new aminophosphonates and aminophosphine oxides using catalyst and solvent-free MW conditions. Our aim is to carry out the reactions not only in batch, but also in continuous flow MW reactor. In the latter case, solvent will be used. Our further aim is to prepare new type of aminophosphonates using MW-asssited Click reaction.
The utilization of the synthesized aminophosphonates will be also studied. Most of them will be applied as P-ligands in the synthesis of platinum and/or palladium complexes, which will be tested as catalyst in homogeneous catalytic reactions.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The aims of the experiments planned for the research are the MW-assisted synthesis of new aminophosphonate and aminophosphine oxide derivatives and their utilization as bidentate phosphine ligands in transition metal complexes. Finally, investigation of the catalytic activity of the prepared complexes in homogeneous catalytic reactions.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The synthesized aminophosphonate and aminophosphine oxide derivatives under environmentally friendly conditions may have biological effects or may be potential phosphine ligands in bidentate platinum or palladium complexes. This transition metal complexes can be efficient catalyst in homogeneous catalysis, which are important in the fine chemical, pharmaceutical and pesticide industries, as well as synthetic organic chemistry.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
These days, in all aspect of life, including the chemical industry is becoming increasingly important to protect our environment and our health, this is due to the worldwide spread of green chemistry. According to the 12 principles of green chemistry, preparation and development of environmentally-friendly and harmless products and technologies are the main tasks. In this context, applying microwave (MW) technique in organic synthesis is increasingly comes to the front nowadays. Under MW irradiation, the reactions are usually faster and more efficient, the yields and selectivities are much higher, compared to conventional heating. In addition, the use of solvents and catalysts could be aviod.
Initially, experiments were performed in modified domestic MW ovens, in which it was not possible to measure the temperature, thus the reactions were difficult to reproduce. Moreover, they are often caused accidents. From the 2000’s onwards, MW reactors for laboratory usage have appeared continually, equipped with temperature and pressure monitoring and with safety control.
The goal of the present research is the synthesis of new aminophosphonate derivatives using catalyst and solvent-free MW conditions. The structure of α-aminophosphonates is similar with the structure of α-amino acids – which can be found in the living organism – therefore may have biological activity. Their synthesis are based on the condensation of an amine, an oxo and a phosphorus compound that is called the Kabachnik-Fields reaction.
From the obtained products, our aim is to synthesize such catalyst, which are efficient in the relevant procedures of fine chemical, pharmaceutical or pesticide industries.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A kutatás során számos új típusú aminofoszfonát és aminofoszfin-oxid-származékot szintetizáltunk hatékony, környezetbarát módszerek alkalmazásával. A célvegyületek nagyrészét egyszeres és kétszeres Kabachnik-Fields (foszfa-Mannich) reakcióval állítottuk elő. A háromkomponensű kondenzációs reakciókat katalizátor és a legtöbb esetben oldószermentes körülmények között, szakaszos mikrohullámú reaktorban hajtottuk végre. Néhány aminofoszfonát-származék méretnövelt előállítására folyamatos üzemű mikrohullámú eljárást is kidolgoztunk. A bisz(aminofoszfin-oxidokat) kétszeres deoxigénezést követően foszfin ligandumként hasznosítottuk platina és palládium komplexek szintézisében. A platina-komplexek egy részét sztirol hidroformilezésében katalizátorként alkalmaztuk, mely során komplexeink jó aktivitást és szelektivitást mutattak. Az előállított átmenetifém-komplexek térszerkezetét röntgenkrisztallográfiás vizsgálatokkal és számításos kémiai módszerekkel is alátámasztottuk. Munkánk során triazol gyűrűt tartalmazó aminofoszfonát analogonokat is előállítottunk klikk reakción keresztül.
Results in English
During the research project, several new types of aminophosphonate and aminophosphine oxide derivatives were synthesized using efficient, environmentally-friendly methods. Most of the target compounds were prepared by single and double Kabachnik-Fields (phospha-Mannich) reaction. The three-component condensations were carried out under catalyst-free and, in most cases, under solvent-free conditions in a batch microwave reactor. As a new development, continuous flow microwave-assisted processes were also developed for the production of a few aminophosphonate derivatives. After double deoxygenation of the bis(aminophosphine oxides), the bisphosphines obtained were converted to ring platinum and palladium complexes. A part of the platinum complexes were utilized as catalyst in the hydroformylation of styrene, where the complexes showed good catalytic activity and selectivity. The stereostructure of the transition metal complexes was also confirmed by X-ray diffraction measurements and was evaluated by quantum chemical calculations. During our work, aminophosphonate analogues containing a triazole ring were also prepared via click reaction.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=111895
Decision
Yes





 

List of publications

  
Bálint E: A mikrohullámú technika alkalmazása foszfororganikus szintézisekben, Magyar Kémikusok Lapja, 70, 312, 2015
Bálint E, Tripolszky A, Jablonkai E, Karaghiosoff K, Czugler M, Mucsi Z, Kollár L, Pongrác P, Keglevich G: Synthesis and use of α-aminophosphine oxides and N,N bis(phosphinoyl-methyl)amines – A study on the related ring platinum complexes, J ORGANOMET CHEM 801: 111-121, 2016
Amadeu N, Bálint E, Boenigk W, Tajti Á, Hägele G, Janiak C, Keglevich G: NMR and symmetry in bisphosphonates R1R2N-CH[P(O)(OMe)2]2, PHOSPHORUS, SULFUR, SILICONE 192: 643-650, 2017
Tajti Á, Keglevich G, Bálint E: Microwave-assisted alcoholysis of dialkyl H-phosphonates by diols and amino alcohols, PHOSPHORUS, SULFUR, SILICONE 192: 769-775, 2017
Tajti Á, Bálint E, Keglevich G: Synthesis of Ethyl Octyl α-Aminophosphonate Derivatives, CURR ORG SYNTH 13: 638-645, 2016
Keglevich G, Bálint E, Kiss NZ: The Use of MW in Organophosphorus Chemistry, In: Keglevich G (ed.) Milestones in Microwave Chemistry. Switzerland: Springer International Publishing, pp. 47-76. (ISBN: 978-3-319-30630-8), 2016
Tajti Á, Tóth RE, Kalocsai D, Keglevich G, Bálint E: Formation of compounds with P-C-N moiety by microwave-assisted condensations, PHOSPHORUS, SULFUR, SILICONE 191: 1541-1542, 2016
Tajti Á, Tóth RE, Kalocsai D, Keglevich G, Bálint E: Formation of compounds with P-C-N moiety by microwave-assisted condensations, PHOSPHORUS, SULFUR, SILICON (in press), 2016
Bálint E, Tripolszky A, Ádám A, Tajti Á, Keglevich G: Synthesis and utilization of α-aminophosphine oxides and related derivatives, PHOSPHORUS, SULFUR, SILICON (in press), 2016
Bálint E, Tajti Á, Ádám A, Csontos I, Karaghiosoff K, Czugler M, Ábrányi-Balogh P, Keglevich G: The synthesis of α-aminophosphonates and α-aminophosphine oxides by the microwave-assisted solvent-free addition of >P(O)H reagents on the >C=N- unit of imines; A reactiv, BEILSTEIN J ORG CHEM (before submission), 2016
Bálint E, Tóth RE, Keglevich G: Synthesis of alkyl α-aminomethyl-phenylphosphinates and N,N-bis(alkoxyphenylphosphinylmethyl)amines by the microwave-assisted Kabachnik–Fields reaction, HETEROATOM CHEM (in press), 2016
Bálint E, Tajti Á, Kalocsai D, Mátravölgyi B, Karaghiosoff K, Czugler M, Keglevich G: Synthesis and utilization of optically active α-aminophosphonate derivatives by Kabachnik-Fields reaction, TETRAHEDRON 73: 5659-5667, 2017
Tajti Á, Tóth N, Bálint E, Keglevich G: Esterification of benzoic acid in a continuous flow microwave reactor, J FLOW CHEM (in press), 2017
Bálint Erika, Tripolszky Anna, Jablonkai Erzsébet, Konstantin Karaghiosoff, Czugler Mátyás, Mucsi Zoltán, Kollár László, Pongrác Péter, Keglevich György: Synthesis and use of α-aminophosphine oxides and N,N bis(phosphinoyl-methyl)amines – A study on the related ring platinum complexes, J ORGANOMET CHEM 801: 111-121, 2016
Tajti Ádám, Bálint Erika, Keglevich György: Synthesis of Ethyl Octyl α-Aminophosphonate Derivatives, CURR ORG SYNTH 13: 638-645, 2016
Bálint E, Tajti Á, Dzielak A, Hagele G, Keglevich G: Microwave-assisted synthesis of (aminomethylene)bisphosphine oxides and (aminomethylene)bisphosphonates by a three-component condensation, BEILSTEIN J ORG CHEM 12: 1493-1502, 2016
Tajti Á, Tóth RE, Kalocsai D, Keglevich G, Bálint E: Formation of compounds with P-C-N moiety by microwave-assisted condensations, PHOSPHORUS, SULFUR, SILICON 191: 1541-1542, 2016
Bálint E, Tripolszky A, Ádám A, Tajti Á, Keglevich G: Synthesis and utilization of α-aminophosphine oxides and related derivatives, PHOSPHORUS, SULFUR, SILICON 191: 1539-1540, 2016
Bálint E, Tajti Á, Ádám A, Csontos I, Karaghiosoff K, Czugler M, Ábrányi-Balogh P, Keglevich G: The synthesis of α-aryl-α-aminophosphonates and α-aryl-α-aminophosphine oxides by the microwave-assisted Pudovik reaction., BEILSTEIN J ORG CHEM 13: 76-86, 2017
Bálint E, Tóth RE, Keglevich G: Synthesis of alkyl α-aminomethyl-phenylphosphinates and N,N-bis(alkoxyphenylphosphinylmethyl)amines by the microwave-assisted Kabachnik–Fields reaction, HETEROATOM CHEM 27: 323-335, 2016
Bálint E, Tajti Á, Dzielak A, Hagele G, Keglevich G: Microwave-assisted synthesis of (aminomethylene)bisphosphine oxides and (aminomethylene)bisphosphonates by a three-component condensation, BEILSTEIN J ORG CHEM 12: 1493-1502, 2016
Keglevich G, Bálint E, Kiss NZ: The Use of MW in Organophosphorus Chemistry, In: Keglevich György (szerk.) (szerk.) Milestones in Microwave Chemistry. Switzerland: Springer International Publishing, 2016. pp. 47-76., 2016
Tajti Ádám, Bálint Erika, Keglevich György: Synthesis of Ethyl Octyl α-Aminophosphonate Derivatives, CURR ORG SYNTH 13: 1-8, 2016
Bálint Erika, Tajti Ádám, Kangyal Réka, Tóth Regina Eszter, Horváth Janka, Tripolszky Anna, Keglevich György: Kabachnik-Fields reakciók különféle megvalósításai, MKE 2. Nemzeti Konferencia konferencia kiadvány (ISBN 978-963-9970-57-1), 2015
Bálint Erika, Tripolszky Anna, Kollár László, Keglevich György: α-Aminofoszfin-oxidok előállítása és P-ligandumként történő hasznosítása, MKE 2. Nemzeti Konferencia konferencia kiadvány (ISBN 978-963-9970-57-1), 2015
Bálint Erika: A mikrohullámú technika alkalmazása foszfororganikus szintézisekben, Magyar Kémikusok Lapja, 70, 312, 2015
Bálint Erika, Tripolszky Anna, Jablonkai Erzsébet, Konstantin Karaghiosoff, Czugler Mátyás, Mucsi Zoltán, Kollár László, Pongrác Péter, Keglevich György: Synthesis and use of α-aminophosphine oxides and N,N bis(phosphinoyl-methyl)amines – A study on the related ring platinum complexes, Journal of Organometallic Chemistry (közlésre elküldve), 2015
Tajti Ádám, Bálint Erika, Keglevich György: Synthesis of ethyl octyl α-aminophosphonate derivatives, Current Organic Synthesis (közlésre előkészítve), 2015
Bálint E, Tripolszky A, Jablonkai E, Karaghiosoff K, Czugler M, Mucsi Z, Kollár L, Pongrácz P, Keglevich G: Synthesis and use of α-aminophosphine oxides and N,N-bis(phosphinoylmethyl)amines - A study on the related ring platinum complexes, J ORGANOMET CHEM 801: 111-121, 2016
Tajti Á, Tóth N, Ladányi-Pára K, Keglevich G, Bálint E: Észteresítések és addíciók megvalósítása folyamatos mikrohullámú reaktorban, In: Wölfling, J.; Antus, S.; Fülöp, F.; Keglevich, G.; Mernyák, E. (szerk.) Vegyészkonferencia 2017 program és előadás összefoglalók, p. 85. (ISBN: 978-963-9970-74-8), 2017
Bálint E, Tajti Á, Tripolszky A: Synthesis of α-aminophosphonates by the Kabachnik–Fields reaction and by the Pudovik reaction, In: Keglevich, G. (ed.) Organophosphorus Chemistry, Berlin: Walter de Gruyter GmbH, pp. 108-147. (ISBN: 978-3-11-053453-5), 2018
Bálint E, Tajti Á, Tripolszky A, Keglevich G: Synthesis of α-aminophosphonates and related derivatives under microwave conditions, PROCEEDINGS (in press), 2018



Back »