Design and Application of Novel Transition Metal Catalysts and Onium Salts in Organic Synthesis  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
125120
Type K
Principal investigator Novák, Zoltán
Title in Hungarian Új átmenetifém-katalizátorok és ónium sók tervezése és alkalmazása szerves szintézisekben
Title in English Design and Application of Novel Transition Metal Catalysts and Onium Salts in Organic Synthesis
Keywords in Hungarian Átmenetifém-katalizátorok, C-H aktiválás, heterociklusos vegyületek
Keywords in English transition metal catalysts, C-H activation, heterocyclic compounds
Discipline
Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Pharmaceutical chemistry
Panel Chemistry 2
Department or equivalent Institute of Chemistry (Eötvös Loránd University)
Participants Béke, Ferenc
Csenki, János Tivadar
Földesi, Tamás
Gonda, Zsombor
Mészáros, Ádám
Simkó, Dániel Csaba
Sipos, Gellért
Stirling, András
Tolnai Gergely, László
Tóth, Balázs László
Starting date 2017-09-01
Closing date 2021-08-31
Funding (in million HUF) 35.891
FTE (full time equivalent) 8.80
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Kutatásaink során egyrészt új ónium típusú sók előállításával kívánunk foglalkozni, amelyek hatékonyan felhasználhatóak szerves kémiai szintézisekben. A sók szerkezeti tulajdonságainak tervezésénél figyelembe vesszük, hogy a kívánt sók olyan funkciós csoportokkal legyenek ellátva, amelyek vagy továbbalakíthatóak, vagy jellemzően gyógyszerkémiai szempontból fontos molekuláris motívumokat tartalmazzanak. A projektben olyan hipervalens jódvegyületeket és szulfóniumsókat kívánunk előállítani, amelyek alkilláncokat hordoznak. Ezeknek a nagy reaktivitással rendelkező vegyületeknek a C-H aktiválási reakciókban történő alkalmazhatóságát kívánjuk vizsgálni. Ezen kívül olyan sók szintézisét kívánjuk megvalósítani, amelyek alkenil részletet hordoznak. Ezeknek a vegyületeknek a segítségével kis gyűrűtagszámú heterociklusos vegyületeket, elsősorban aziridinszármazékokat kívánunk előállítani.
A kutatás katalizátorfejlesztéssel foglalkozó részében olyan új típusú kobaltkatalizátorok tervezését és C-H aktiválási reakcióban történő alkalmazhatóságát kívánjuk vizsgálni amelynek segítségével új és a jelenleginél hatékonyabb direkt funkcionalizálási reakciók valósíthatók meg.
A kutatás eredményeként rangos nemzetközi folyóiratban megjelenő publikációk várhatóak, valamint az eredményeket nemzetközi konferenciákon kívánjuk bemutatni. A tématerületen szerzett eddigi tapasztalatok kibővítése és hatékony kivitelezése hozzájárul a tudományos kutatóképzés minőségének növeléséhez.

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 alapkérdése, hogy előállíthatóak-e olyan speciális reagensek, amelyek segítségével bizonyos gyógyszerkémiai szempontból kiemelkedően fontos funkciós csoportok közvetlenül is beépíthetővé válnak szerves molekulákba C-H kötés funkcionalizálásán keresztül.
A kísérletek során olyan reagenseket és katalizátorrendszereket kívánunk kifejleszteni, melynek segítségével új módszerrel állíthatók elő gyógyszerkémiai szempontból fontos anyagok. Szerkezet-aktivitás összefüggések megállapításával értelmezni tudjuk az általunk elvégzett átalakításokat. Új típusú építőelemek kialakításával, szeretnénk az elérhető kémiai eszköztárat szélesíteni, és új szerves kémiai átalakításokat kidolgozni.

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!
Az újonnan kifejlesztett reagens sók katalizált és nem-katalizált folyamatokban történő alkalmazásával új perspektívák nyílnak a szerves kémiai szintézisekben. Köszönhetően a jodónium és szulfónium sók különleges reaktivitásának eddig nem ismert alkilezési reakciók és heterociklusos molekulák szintézisének megvalósítására nyílik lehetőség. Segítségükkel farmakofór csoportot tartalmazó molekulák állíthatók elő az eddigieknél hatékonyabban, egyszerűen elérhető kiindulási anyagokból. A kidolgozott eljárások, reagensek, építőelemek és az előállított anyagok a gyógyszerkémia számára hasznos szintetikus kémiai eszközöket jelenthetnek. Magyarországon a kutatócsoport egyedüliként végez kutatásokat ezen a tématerületen, azonban nemzetközileg az említett ónium sók alkalmazásainak vizsgálata, valamint a C-H aktiválási reakciók fejlesztése egy kiemelt tématerület. Ezen a területen végzett kutatásaink alapján a korábbi eredményeink nemzetközileg is elismertek, a fejlesztések megvalósítása esetén az elért eredmények nemzetközi szinten is értékesek lesznek, ami rangos folyóiratokban történő publikációhoz vezetnek.

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 társadalom számára nagyon fontos, hogy a különböző betegségek kezelésére, gyógyítására új gyógyszermolekuák kerüljenek kifejlesztésre. Kismolekulák esetében ennek egyik legfontosabb eleme, hogy olyan szerves kémiai módszerek álljanak rendelkezésre amelyek segítségével a célirányos molekuláris építkezés megvalósítható legyen.
Célunk olyan katalizátorok és reagensek, melyek segítségével a gyógyszermolekulákban fontos molekuláris motívumként szereplő kémiai egységek könnyebben, hatékonyabban kiépíthetőek legyenek. Ennek megvalósítására nagy reaktivitással rendelkező, új típusú kémiai regenseket tervezünk, és megmutatjuk, hogy milyen körülmények között lehet ezeket a reagenseket a leghasznosabban felhasználni a célok elérésére. Ezáltal olyan szerves kémiai módszerekhez jutunk, melyek segítségével egyszerűen építhetnénk fel változatos vegyülettárakat, melyeket a gyógyszerkutatásban használnak fel.
Eredményeink az alapkutatás számára nyúj továbblépési lehetőségeket, valamint a gyógyszeripar felfedező kutatásai során használhatja fel, hogy segítségével új, a társadalom számára hasznos anyagokat illetve gyógyszerhatóanyagokat állítson elő.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In the frame of the proposed project we aim to develop novel onium salts , which will be suitable for organic syntheses. We design the salts considering the transformability of their alkyl substituents, and the importance of functional groups from pharmaceutical aspects. In the project we aim to synthesize novel sulfonium salts and hypervalent iodonium salts which are equipped with alkyl chains. After the preparation of these salt type reagents we intend to explore their reactivity in C-H activation reactions and simple non-catalyzed organic transformations. Beside the alkyl onium slats we plan to prepare alkenyl onium salts. We will use the reagents for the construction small heterocyclic building blocks such as aziridines, even in stereoselective manner.
In the second major part of the project we aim to develop novel non-precious transition metal catalysts for the C-H activation reactions. We envisioned that with these novel catalysts new transformations can be achieved under relatively mild reaction conditions.
The results of the project will be published in highly ranked international journals, and presented in conferences.
Extension of our current knowledge with the results of the proposed project, strongly support the scientific value of the future researchers.

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 main question of the proposed project is that the special onium reagents are efficiently available through any synthetic methods. Additionally, the applicability of these salts in organic transformations including catalyzed and non-catalyzed direct C-H functionalization methods also belongs to the main task.
During the proposed research we aim to develop novel reagents and catalyst systems which are efficiently applicable in the synthesis of molecules important from medicinal chemistry aspects. With the study of the structure-reactivity relationship and quantumchemical calculations we will be able to interpret and understand the reaction mechanisms. With the new reagents and transformations in hand we could broaden the currently available synthetic tools of organic transformations.

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.
As a results of the newly developed reagents and catalysts, new perspectives will be opened in organic synthesis. Take an advantage on the high reactivity of the iodoinum and the sulfonium salts novel alkylation reactions and methods for the construction of heterocyclic molecules could be developed. With the aid of these reagents new type of molecules will be available euipped with pharmacophore functional groups. These developed methodologies, reagents, building blocks and catalysts will be useful for medicinal chemistry rearch in the future. In Hungary our group carries out research in this field, but the internationally the examination of the C-H activation reactions and the onium salts are among th ehottest topic in organic chemistry. Our previous results in this field are well recognized, therefore the expected output of the proposed research could be published in high ranked scientific journals.

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 development of novel drug molecules for the treatment of any deseases is highly important to the society. In case of small molecule drugs, the synthesis of biologically active compounds requires various efficient organic tools to construct the target molecules. Our goal is the development of novel reagents and catalysts which could provide easier way to the construction of a drug molecule. To achieve this, we design novel highly reactive chemical reagents, and show their efficient applicability in organic synthesis.
In this approach molecules with divers chemical structure would be built up in a single reaction sequence from simple building blocks. The resulting molecule libraries are similar to those which are used in pharmaceutical chemistry.
The suspected results of our research would be used in academic pharmaceutical research. As a result of the project new and effective methods would be developed for the production of precious materials and drugs.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A projekt során előállítottunk egy új fluoralkenil jodóniumsót és primer aminokkal reagáltatva trifluormetilaziridin származékokat állítottunk elő. A jodoniumsót szekunder aminokkal reagáltatva homo- és heterodiaminálási reakciókban trifluormetil csoporttal ellátott etilén-diaminokat állítottunk elő. Az aziridínium ion intermedieren keresztül lejátszódó reakcióban rejlő lehetőségeket kihasználva, a második lépésben O, C, S, P és C-nukleofilekkel nyitva a gyűrűt nagyfokú variábilitás tértünk el a célvegyületek körében. Kvantumkémiai számítások segítségével magyaráztuk a propargilamidok és diariljodóniumsók között lejátszódó, oxazolinok kialakulását eredményező rézkatalizált reakció mechanizmusát, valamint új szintetikus eljárást dolgoztunk ki alkeniljodóniumsók előállítására. A C-H aktiválási reakciók vizsgálatára irányuló kísérletek eredményeként kidolgoztunk egy palládiumkatalizált orto alkilezési eljárást melynek segítségével, aromás anilid és urea származékok fenil gyűrűjének orto pozíciójába építhetők be különböző alkil csoportok dibenzotioféniumsók felhasználásával. Egy széleskörű kísérleti munka, valamint alapos adatgyűjtésre támaszkodva dolgoztunk ki egy olyan elmélet modellt, melynek segítségével összefüggés írható le az irányított C-H aktiválásban részt vevő szubsztrátumok szerkezete és reaktivitása között. A fotokémiai úton történő C-H funkcionalizálási reakciók megvalósításához, új fotokatalizátor-családot állítottunk elő és mutattuk meg alkalmazhatóságukat.
Results in English
In the project, a new fluoroalkenyl iodonium salt was synthesized and reacted with primary amines to produce trifluoromethyl aziridine derivatives. The iodonium salt was reacted with secondary amines in homo- and heterodiamination reactions to produce trifluoromethyl group-containing ethylenediamines. Exploiting the potential of the reaction via the aziridinium ion intermediate, a high variability of target compounds was achieved with O, C, S, P and C nucleophiles in the second step. Quantum chemical calculations were used to explain the mechanism of the copper-catalyzed reaction between propargylamides and diaryl iodonium salts leading to the formation of oxazolines, and a new synthetic method for the preparation of alkenyl aryl iodonium salts was developed. Experiments to investigate C-H activation reactions have resulted in the development of a palladium-catalyzed ortho alkylation procedure by which aromatic anilide and urea derivatives can be functionalized with various alkyl groups using dibenzothiophenium salts in the ortho position of the phenyl ring. Based on an extensive experimental work and a thorough data collection, a theoretical model has been developed to describe a correlation between the structure and reactivity of the substrates involved in the directed C-H activation. In order to realize photochemically-mediated C-H functionalization reactions, a new family of photocatalysts has been prepared and their applicability has been demonstrated.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=125120
Decision
Yes





 

List of publications

  
Béke, Ferenc ; Mészáros, Ádám ; Tóth, Ágnes ; Botlik, Bence Béla ; Novák, Zoltán: Vicinal difunctionalization of carbon–carbon double bond for the platform synthesis of trifluoroalkyl amines, Nature Communications, 2020
Gonda, Zsombor ; Földesi, Tamás ; Nagy, Bálint ; Novák, Zoltán: Modular synthesis of carbazole substituted phthalimides as potential photocatalysts, Synthesis, 2021
Ruyet, Louise ; LAPUH, Ivana ; Koshti, Vijay S ; Földesi, Tamás ; Jubault, Philippe ; Poisson, Thomas ; Novák, Zoltán ; Besset, Tatiana: Z-selective Pd-Catalyzed 2,2,2-Trifluoroethylation of Acrylamides at Room Temperature, Chemical Communications, 2021
Tóth, Balázs L. ✉ ; Monory, Anna ; Egyed, Orsolya ; Domján, Attila ; Bényei, Attila ; Szathury, Bálint ; Novák, Zoltán ✉ ; Stirling, András: The ortho effect in directed C–H activation, Chemical Science, 2021
Tóth Balázs L., Kovács Szabolcs. Egyed Orsolya, Bényei Attila, Stirling András, Novák Zoltán,: „Mild and efficient palladium-catalyzed fluoroalkylation and fluoroalkenylation of (hetero)aromatic systems by directed ortho-C-H activation”, Oral presentation, 257th ACS Spring 2019 National Meeting & Expo Egyesült Államok, Florida, Orlando, 2019. március 28 – április 4., 2019
Ádám Mészáros, Anna Székely, Ferenc Béke, Ágnes Tóth, János T. Csenki, András Stirling, Zoltán Novák,: Hypervalency aided route to 3,3,3-trifluoropropenylated heterocycles, 1,2-diamines and N-aryl-2-(trifluoromethyl)aziridines, Oral presentation, 257th ACS Spring 2019 National Meeting & Expo Egyesült Államok, Florida, Orlando, 2019. március 28 – április 4., 2019
Tóth Ágnes: TRIFLUORMETIL TARTALMÚ VICINÁLIS DIAMINOK ÉS VINIL-ÉTEREK HATÉKONY SZINTÉZISE, MSC szakdolgozat, 2020
Vass Antónia: Fluoralkenil-aril-jodóniumsók szintézise és cikloaddíciós reakcióinak vizsgálata, BSc szakdolgozat, 2020
Monory Anna: SZTÉRIKUS EFFEKTUS VIZSGÁLATA C-H AKTIVÁLÁSI REAKCIÓKBAN PALLÁDIUM-KOMPLEXEK SZINTÉZISÉN KERESZTÜL, BSc szakdolgozat, 2020
Novák Zoltán: Functionalization and construction of aromatic and heteroaromatic systems with iodonium salts, Oral Presentation, International Conference on Organometallics and Catalysis 7th March-10th March 2020 Goa, India, 2020
Balázs L. Tóth, Anna Monory, Gergő Sályi, Orsolya Egyed, Attila Bényei, András Stirling, Zoltán Novák: Fluoroalkenylation of (Hetero)aromatic Systems by Predictable Directed ortho-C-H Activation, Poster presentation, International Conference on Organometallics and Catalysis 7th March-10th March 2020 Goa, India, 2020
Tamás Károly Stenczel, Ádám Sinai, Zoltán Novák: DFT calculations on the mechanism of copper-catalysed tandem arylation–cyclisation reactions of alkynes and diaryliodonium salts, Beilstein J. Org. Chem. 2018, 14, 1743–1749. doi:10.3762/bjoc.14.148, 2018
Ádám Mészáros, Anna Székely, András Stirling, Zoltán Novák: Design of Trifluoroalkenyliodonium salts for Hypervalency Aided Alkenylation‐Cyclization Strategy: Metal‐free Construction of Aziridine Ring, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 6643-6647. DOI: 10.1002/anie.201802347, 2018
Dániel Cs. Simkó, Péter Elekes, Vivien Pázmándi, Zoltán Novák: Sulfonium Salts as Alkylating Agents for Palladium-Catalyzed Direct Ortho Alkylation of Anilides and Aromatic Ureas, Org. Lett. 2018, 20, 676-679. DOI: 10.1021/acs.orglett.7b03813, 2018
Szemes András, Tóth Balázs, Novák Zoltán: Fluoralkenil-ariljodónium sók szintézise és felhasználása C H aktiválási reakciókban, ELTE Kémia BSc szakdolgozat, 2018
Ádám Mészáros, Anna Székely, András Stirling, Zoltán Novák: Hypervalency aided alkenylation-cyclization: simple and efficient construction of aziridine ring, 16th Belgian Organic Synthesis Symposium 2018. July 8-13, Brussels, Belgium, 2018
Ádám Mészáros, Anna Székely, András Stirling, Zoltán Novák: Hypervalency aided alkenylation-cyclitzation: simple and efficient construction of aziridine ring, 6th International Conference on Hypervalent Iodine Chemistry (ICHIC 2018) Cardiff, Wales from 1-4 July 2018, 2018
Mészáros Ádám, Székely Anna, Stirling András, Novák Zoltán: Hipervalens alkenil-jódvegyületek fejlesztése és felhasználása trifluormetil aziridinek szintézisében, Oral presentation, Heterociklusos és Elemorganikus Kémiai Munkabizottság ülése Balatonszemes, 2018. június 6-8, 2018
Tóth Balázs, Béke Ferenc, Lejtoviczné Egyed Orsolya, Stirling András, Bényei Attila, Novák Zoltán: Multifunkciós alkeniljodóniumsók szintézise és szerkezetmeghatározása, Oral presentation, Heterociklusos és Elemorganikus Kémiai Munkabizottság ülése Balatonszemes, 2018. június 6-8, 2018, 2018
Balázs L. Tóth, Ferenc Béke, Orsolya Egyed, Zoltán Novák: Synthesis of Aryl(trifloxyvinyl)iodonium Triflate Salts, 16th Belgian Organic Synthesis Symposium 2018. July 8-13, Brussels, Belgium, 2018
Balázs L. Tóth, Ferenc Béke, Orsolya Egyed, Zoltán Novák: Synthesis of Aryl(trifloxyvinyl)iodonium Triflate Salts, 6th International Conference on Hypervalent Iodine Chemistry (ICHIC 2018) Cardiff, Wales from 1-4 July 2018, 2018
Balázs L. Tóth, Ferenc Béke, Orsolya Egyed, Attila Bényei, András Stirling, Zoltán Novák: Synthesis of Multifunctional Aryl(trifloxyalkenyl)iodonium Triflate Salts, ACS Omega 2019, 4, 9188, 2019
Sályi Gergő, Tóth Balázs L., Novák Zoltán: Aromás rendszerek palládiumkatalizált fluoralkilezése és alkenilezése C-H aktiválson keresztül, MKE Vegyészkonferencia 2019.06.22-24, 2019
Tóth Ágnes, Béke Ferenc, Mészáros Ádám, Fehér Péter Pál, Stirling András, Novák Zoltán,: Trifluormetil-tartalmú vicinális diaminok hatékony szintézise,, MKE Vegyészkonferencia 2019.06.24-26., Eger, 2019
Sályi Gergő, Tóth Balázs L., Novák Zoltán „: Aromás rendszerek palládiumkatalizált fluoralkilezése és alkenilezése C-H aktiválson keresztül”, Poster presentation, ELTE Kémiai Tudományos Nap, Budapest, ELTE TTK Kémiai Intézet, 2019 május 31., 2019
Tóth Balázs L., Béke Ferenc, Egyed Orsolya, Stirling András, Bényei Attila, Novák Zoltán: „Synthesis of Multifunctional Aryl(trifloxyalkenyl)iodonium Triflate Salts”, Poster presentation, ELTE Kémiai Tudományos Nap, Budapest, ELTE TTK Kémiai Intézet, 2019 május 31., 2019
Tóth Balázs L., Kovács Szabolcs, Sályi Gergő, Egyed Orsolya, Bényei Attila, Stirling András, Novák Zoltán: „Synthesis of Fluoroalkyl and Fluoroalkenyl (Hetero)aromatic Systems by Predictable Directed ortho-C-H Activation”, Poster presentation, Markovnikov Congress on Organic Chemistry, Oroszország, Kazan, 2019 június 24-28., 2019
Ferenc Béke, Ádám Mészáros, Ágnes Tóth, Zoltán Novák,: Straigthforward synthesis of α-Trifluoromethylated vicinal diamines, Markovnikov Congress on Organic Chemistry, Oroszország, Kazan, 2019 június 24-28., 2019
Béke Ferenc, Tóth Balázs L., Egyed Orsolya, Bényei Attila, Novák Zoltán: “Synthesis of highly substituted aryl(trifloxyvinyl)iodonium triflate salts”, Poster presentation, 257th ACS Spring 2019 National Meeting & Expo, Egyesült Államok, Florida, Orlando, 2019. március 28 – április 4., 2019




 

Events of the project

  
2022-03-26 12:28:01
Résztvevők változása
2021-04-23 14:57:46
Résztvevők változása
2020-03-25 14:35:36
Résztvevők változása



Back »