|
 |
Details of project |
|
|
| Identifier |
121217 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Mátravölgyi, Béla |
| Title in Hungarian |
Új konjugált, illetve atropizomer hetero- és policiklusok tervezése és szintézise fémorganikus módszerekkel |
| Title in English |
Design and synthesis of new conjugated or atropisomeric hetero- and polycycles through organometallic methodologies |
| Keywords in Hungarian |
többszörösen konjugált rendszerek, atropizoméria, fémorganikus kémia, aszimmetrikus katalízis, szerves optoelectronikák |
| Keywords in English |
multiconjugated systems, atropisomerism, organometallic chemistry, asymmetric catalysis, organic optoelectronics |
| Discipline |
| Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Pharmaceutical chemistry |
|
| Panel |
Chemistry 2 |
| Department or equivalent |
MTA-BME Organic Chemical Technology Research Group (Office for Research Groups Attached to Universities and Other Institutions) |
| Starting date |
2016-10-01 |
| Closing date |
2017-06-30 |
| Funding (in million HUF) |
3.673 |
| FTE (full time equivalent) |
0.52 |
| 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 kutatómunka célja új, többszörösen helyettesített heterociklusok, elsősorban pirrol-származékok előállítása, melyek a helyettesítők elhelyezkedésétől függően gátolt rotációjú, atropizomer vegyületeket szolgáltatnak, vagy többszörösen konjugált rendszereket alkotnak.
Célom az általunk szintetizált, enantioszelektív fémorganikus reakcióban kiemelkedő eredményeket mutató atropizomer aminoalkohol ligandumok polimer hordozóhoz való kapcsolásával egy könnyen regenerálható, nagy hatékonyságú katalizátorrendszer előállítása, illetve a Lewis-sav karakterű alkoholfunkció foszfinsav-amid-csoporttal való helyettesítésével kapható új, királis ligandum alkalmazhatóságának vizsgálata.
Az 5‑ilidénpirrol-2-onok szintézisére általunk kidolgozott módszer számos fontos lehetőséget nyitott újszerű hetero- és policiklusok előállítására és vizsgálatára. Jelen pályázat további célkitűzése az 5-ilidénpirrol-2-onok szintézise során felmerült kérdések megválaszolása és új lehetőségek kidolgozása. Fő célkitűzés az eddigi kutatási eredmények kiterjeszthetősége, új és hatékony konjugált rendszerek szintézise, valamint tanulmányozása, melyek eléréséhez számos szintetikus és analitikai szempont (mechanizmusvizsgálat, regio-és kemoszelektivitás, szubsztituenshatás, optikai tulajdonság-szerkezet összefüggések,…) együttes vizsgálata szükséges.
Az új, többszörösen konjugált vegyületek származékait harmadik generációs napelemek érzékenyítő színezékeként, illetve egyéb optoelektromos felhasználási területen kívánom tesztelni. Ehhez kapcsolódóan pirrolo[1,2-a]pirrolizino[3,2-f]indol-6,12-dionok és indeno[1,2-b]fluorén-6,12-dionok előállítását és optikai spektroszkópiai tulajdonságaik vizsgálatát tervezem.
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 kutatómunka során kísérleti bizonyítékokat keresünk az irodalmi adatok és saját korábbi eredményeink alapján felvetett alábbi kérdések megválaszolásához:
- Lehetséges-e az eddig ismerteknél hatékonyabb új, 1-fenilpirrol alapvázú atropizomer ligandumokat előállítani az hidroxil-funkció más Lewis-savas karakterű csoportra való kicserélésével? Megoldható a hatékony katalizátorok szilárd polimer hordozóhoz való rögzítése úgy, hogy azok megőrizzék kimagasló enantioszelektív katalitikus képességüket, ezáltal egy nagy hatékonyságú, könnyen regenerálható katalizátorrendszert előállítani?
- Kiterjeszthető-e az 5-ilidénpirrol-2-onok előállítására általunk kidolgozott módszer új, konjugált hetero- és policiklusok előállítására, biológiailag aktív vegyületek fontos építőelemei lehetnek, illetve különleges optikai tulajdonságokat mutathatnak?
- Hatékonyan előállíthatók-e és alkalmazhatók-e a nagymértékű konjugációra kényszerített, arilpirrol, dialkoxipirrolo[1,2-a]pirrolizino[3,2-f]indoldion és dialkoxiindeno[1,2-b]fluorene-6,12-dion alapvázú multikonjugált vegyületek napelemek érzékenyítő színezékeként és/vagy optoelektonikus anyagokként?
A kérdésekre adandó válaszok megtalálásában iránymutatást nyújtanak a fenilpirrolok kémiájának megismerésében nemzetközi kooperációban eddig elért eredményeink. Ennek megfelelően a kísérleti kutatómunka tervezéséhez kooperációban előzetes kvantumkémiai számításokat fogunk végezni, az előállított új vegyületek optikai spektroszkópiai tulajdonságait együttműködésben résztvevő szakember segítségével határozzuk meg, míg az új színezékek napelemekben történő kipróbálását nemzetközi együttműködésben fogjuk megvalósítani.
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 projekt keretében kidolgozott új szintetikus módszerek új lehetőségeket nyitnak többszörösen funkcionalizált atropizomerek, illetve speciális, változatos szerkezetű - más úton csak körülményesen vagy nem előállítható - multikonjugált hetero- és policiklusok szintézisére és azok tanulmányozására fémorganikus, aszimmetrikus katalitikus átalakításokban, illetve optoelektronikus tulajdonság rendszerekben.
A hetero- és policiklusok előállítására kidolgozott új szintézisek az általunk előállított modellvegyületekkel rokon szerkezetű számos más heterociklus (furán- és tiofén-származékok) szintézisére is lehetőséget nyitnak.
Az előállított új atropizomer vegyületek és polimerhez kötött változataik a katalizátorligandumok egy új, kutatócsoportunk által kifejlesztett családjának képviselői lesznek és alkalmazásukkal jelentős hozzájárulás várható - a zöld kémia irányelveivel összhangban - a gyógyszeripar által optikailag aktív vegyületek hatékony és tiszta előállítása szempontjából állított magas szintű követelményekhez.
Az előállítandó új, multikonjugált heterociklusos vegyületek a legújabb napelem típusokban alkalmazható szerves színezékek eddig nem ismert új képviselői, melyek új utat nyithatnak az olcsó, akár épületek szerkezetébe integrálható, fényáteresztő napelemek előállításához. Emellett ezen heterociklusok hatékony előállítási módszereinek kidolgozása, kémiai és optikai spektroszkópiai tulajdonságaik megismerése hozzájárulhat a legintenzívebben kutatott optoelektronikai technológiák további fejlesztéséhez.
Mindezeket figyelembe véve megítélésünk szerint, a kutatási eredmények jelentős nemzetközi érdeklődésre tarthatnak számot a szerves kémikusok körében.
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.
A kutatómunka célja új kémiai reakciók fejlesztése, melyekkel hatékony módon állíthatunk elő különleges tulajdonságokkal rendelkező új szerves vegyületeket. A célmolekulák egyik része egymással tükörképi viszonyban álló vegyületpárok (enantiomerek) egyike, melyek alkalmasak speciális szerves kémiai reakciók elősegítésére (katalizálására) olyan módon, hogy a reakcióban döntően csak egyféle térszerkezetű termék képződjön. Ezeket a vegyületeket polimer hordozóhoz kötve úgy használhatjuk, hogy miután elvégezték feladatukat a reakcióelegyben, egyszerű szűréssel eltávolíthatók és újra felhasználhatók lesznek, így jelentősen csökkenthető a környezet terhelése. Az új katalizátorligandumok és módszerek elsősorban gyógyszerhatóanyagok előállításában, finomkémiai szintézisekben nyerhetnek alkalmazást.
A kutatások másik célja olyan többszörösen telítetlen kötéseket tartalmazó (multikonjugált) vegyületek előállítása, amelyek képesek a fény hatására könnyen gerjesztődni, a fényt valamilyen formában átalakítani – például megfelelő környezetben elektromos energiává - így például harmadik generációs napelemekben fényérzékenyítő festékanyagként alkalmazhatók. Az új, multikonjugált vegyületek kémiai és optikai spektroszkópiai tulajdonságainak megismerése hozzájárulhat ahhoz, hogy az előállított új anyagokat a legkorszerűbb optoelektronikai rendszerekben, képalkotó eljárásokban kipróbálva tovább fejlesszék ezeket a technológiákat.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The aim of the project is the preparation of multisubstituted heterocycles, mainly pyrrole derivatives, which – depending on the positions of the substituents - can be used as atropisomeric compounds or multiconjugated systems.
My goal is the preparation of a highly efficient and easily reusable polymer-supported catalityc system by the binding of the efficiently applied atropisomeric amino alcohol ligands to apropriate polymer, and the investigation of the catalityc effect of the exchange of the Lewis-acidic alcohol functions of the ligands to phosphinicamide groups.
The synthesis for 5-ylidenepyrrol-2-ones elaborated by our group has opened numerous new opportunities for the preparation and study of novel hetero- and polycycles. Further aim of the present research to find answers for the questions raised during the synthesis of 5-ylidenepyrrol-2-ones and the developement of new opportunities and methods. The main goal is the study of the extensibility of results achieved to date, searching for further synthetic possibilites and the investigation of the novel conjugated systems which required the combined analysis of a number of synthetic and analytical aspects (mechanistic study, regio- and chemoselectivity, substituent effect, optical properties – structure relationships,…)
Derivatives of the new, multiconjugated compounds will be synthesised and tested for applications as senzitizers in third generation solar cells or other fields of optoelectronics, bio-imaging. In addition, pyrrolo[1,2-a]pyrrolizino[3,2-f]indol-6,12-diones and indeno[1,2-b]fluorene-6,12-diones will be synthesized and their optical spectroscopical properties will be studied.
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.
On the basis of literature data and own recent results we will looking for experimental evidences to find solutions for the questions mentioned below:
- Is it possible to prepare a more efficient, new, atropisomeric ligands with 1-phenylpyrrole skeleton by the exchange of the hydroxyl function to other Lewis-acidic group? Could we bound the highly efficient ligands to polymers to elaborate a simple recovery process besides those can preserve their outstanding enantioselective catalytic capabilities?
- Could be the synthesis of 5-ylidenepirrol-2-ones elaborated by our group extend for the preparation of novel, conjugated hetero- and polycycles which are could be practically important building blocks of biologically active compounds or can provide attractive optical properties?
- Could we find and efficient synthetic routes to the multiconjugated 1-arylpyrrole, dialkoxypyrrolo[1,2-a]pyrrolizino[3,2-f]indoldiones and dialkoxyindeno[1,2-b]fluorenediones and could be used these compounds as senzitizers of solar cells and/or optoelectronic materials?
Our preliminary results in the chemistry of 1-phenylpyrroles, achieved in international cooperation, will help us to find appropriate answeres to the above questions. We wish to use quantum chemical calculations for the design of our experimental work in cooperation. Optical spectroscopic properties of the new compounds will be studied in cooperation at the Faculty while tests of the new dyes in solar cells will be carried out in international cooperation.
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 developed novel synthetic methods during the project will open new ways for the synthesis and investigation of highyl functionalized atropisomers and special, versatile hetero- and polycyclic structures for organometallic compounds catalyzed asymmetric tranformations or optoelectronic systems.
The elaborated new sythesis for prepartion of hetero- and polycyclic compounds will provide new opportunities to produce a wide range of novel, structurally related heterocycles (furan and thiophene derivatives) as well.
The new atropisomeric compounds and the polymer-supported derivatives will be the members of a new family of optically active catalyst ligands, developed by our group. Application of these ligands in enantioselective catalytic reactions will be also an important contribution to one of the most exciting research field of „sustainable organic chemistry”, - according to the principles of green chemistry - which aspects also meet with the high-level requirements setting by the pharmaceutical industry for the pure and efficient production of a single enantiomer of chiral compounds.
The designed new, multiconjugated heterocycles will be the very first members of the newest organic dyes which may be suitable for the preparation of the new, building integrated photovoltaics (BIPV) due to their low costs. Development of the efficient synthesis of the multiconjugated compounds and investigation their chemical and optical spectroscopical behaviours will be significant contribution to the further developments of the high tech methods such as optoelectronics, or bio-imaging.
Therefore, according to our opinion, scientific results of the project will arouse public interest among the synthetic organic chemists.
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.
The aim of this project is to develop new chemical reactions for efficient preparation of new organic compounds with special characters. A part of these products would be the sole component of the existing mirror image pairs (enantiomers) and should be suitable to catalyze special organic reactions in which formation of a single mirror image pair of the product is preferred. Polymer supported version of these ligands could be easily recovered from the reaction mixture by a simple filtration and this way the environment pollution could be decreased. The new chemical methods and catalyst ligands would be used for the preparation of a wide range of active pharmaceutical ingredients or fine chemical products
Another goal of the project is the preparation of new, multiconjugated compounds with special strctures which are capable for the easy excitation during light irradiation and transform the light in some way – for example in a suitable environment into electrical energy - so this way these new dyes could be applied in third generation solar cells as senzitizers. Investigation of the optical spectroscopic behaviour of the new multiconjugated compounds may be a major contribution to the further application of these materials in the development of high-tech optoelectronic systems and/or bio-imaging methods.
|
|
|
|
|
