 |
Catalytic application of heterodonor ligands towards sustainable chemistry
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
128074 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Bakos, József |
| Title in Hungarian |
Heterodonor ligandumok katalitikus alkalmazása a fenntartható kémia irányában |
| Title in English |
Catalytic application of heterodonor ligands towards sustainable chemistry |
| Keywords in Hungarian |
palládium, ruténium, mangán, homogén és heterogén katalízis, sztereoszelektív |
| Keywords in English |
palladium, ruthenium, manganese, homogeneous and heterogeneous catalysis, stereoselective |
| Discipline |
| Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Intermedier chemistry |
|
| Panel |
Chemistry 2 |
| Department or equivalent |
TTK Szerves Kémia Szintézis és Katalízis (University of Pannonia) |
| Participants |
Balogh, Szabolcs
Bényei, Attila Csaba
Császár, Zsófia
Farkas, Gergely
Lendvay, György
|
| Starting date |
2018-09-01 |
| Closing date |
2023-02-28 |
| Funding (in million HUF) |
18.318 |
| FTE (full time equivalent) |
10.08 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az átmenetifém katalizált reakciók a szerves vegyületek előállításának igen hatékony, környezetbarát módszerei. A nagy aktivitás, a széleskörű szubsztártum-, szubsztituens- és oldószer tolerancia a modern átmenetifém-katalizátorok kiemelkedő jellemzői. A jelen pályázat legfőbb célja környezetbarát és fenntartható kémiai megoldások kidolgozása, szerves kémiai szintézisek megvalósítása megújuló források felhasználásával és zöld oldószerek (pl. etanol, szerves oldószerek, ionfolyadékok) alkalmazásával. A projekt további célja új királis és akirális két- és háromfogú PN, PNN, PNP, PS és NS ligandumok szintézise és koordinációs kémiai, valamint katalitikus vizsgálata. Az új ligandum-könyvtár kidolgozásával lehetőség nyílik nagy hatékonyságú mangán-tartalmú katalizátorok szintézisére, melyek alkalmazhatók 1-butanol etanolból történő előállítására, kondenzációs reakcióval. Ugyancsak mangán-katalizált reakcióban egyszerűen megvalósítható különböző zsíralkoholok szintézise. Az új királis ligandumokat különböző átmenetifém-katalizált aszimmetrikus reakciókban tervezzük alkalmazni, így például szén-szén és szén-heteroatom kapcsolási reakciókban, valamint prokirális olefinek hidrogénezési reakcióiban. A kutatás során további célunk a P,N-típusú ligandumok szilárd hordozón történő szintézise. A katalizátorok ily módon egyszerűen és hatékonyan immobilizálhatók, mellyel lehetőség nyílik a heterogén-katalitikus reakciók megvalósítására is.
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 katalitikus rendszer olyan tulajdonságai, mint a nagy aktivitás, a jelentős szubsztrátum, funkciós csoport és oldószer-tolerancia a szerves kémiai szintézisekben való alkalmazhatóság alapjait képezik. A kutatás során megválaszolni kívánt problémaként említhető (i) az előállítani kívánt új királis és akirális (PN, PNN, PNP, PS, NS) ligandumokban rejlő katalitikus lehetőségek feltérképezése, (ii) a drága átmenetifém-katalizátorok olcsóbb fémmel való helyettesítésének lehetősége (pl. mangánkomplexek alkalmazásával), valamint (iii) a különböző katalizátorok szerkezet-aktivitás összefüggéseinek vizsgálata (pl. a komplex kelátgyűrű-méretének vizsgálata). Lényeges elem továbbá a zöld oldószerek alkalmazásának vizsgálata a különböző átmenetifém-katalizált 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 projekt új szintézismódszereket mutat be az átmenetifém-katalizált reakció körében egyre nagyobb jelentőséggel bíró PN, PNN, PNP, PS, NS ligandumok szintézisére. Az új ligandumokkal módosított átmenetifém-komplexekkel kiemelt jelentőségű szintetikus reakciók valósíthatók meg, így allil-helyzetű alkilezés és aminálás, további palládium-katalizált szén-szén-kacsolási reakciók, mangán- és ruténium-katalizált hidrogénezési reakciók, etanol 1-butanollá történő katalitikus átalakítása. Tevékenységünk eredményei új vegyületekben, eljárásokban, szabadalmakban és tudományos közleményekben egyaránt megjelenhetnek. A zöld kémiai elvek alkalmazása az alapkutatásban rendkívüli módon elősegíti az oktatás korszerűsítését, hiszen életszerű és széleskörű tapasztalatok átadásával hozzájárul a fenntartható fejlődés szemléletének kialakításához.
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 katalizátorok módosítására kidolgozott új eljárások segítségével nagyobb aktivitású és szelektivitású katalitikus rendszereket nyerhetünk, amelyek hozzájárulhatnak új, hatékonyabb zöld kémiai megoldások kialakulásához. A kutatás célja lehetőség szerint fenntartható nyersanyagforrások és zöld oldószerek (alkohol, szerves karbonátok, ionos folyadékok) felhasználásával nagy hatékonyságú katalitikus rendszerek kidolgozása. A kidolgozni kívánt katalizátorok segítségével egyszerűen előállíthatók például biológiailag aktív molekulák elővegyületei, melyek különböző növényvédőszerek, antivirális készítmények vagy antibiotikumok alapvető építőelemei lehetnek. A projekt további célja, a katalizátorként gyakran alkalmazott drága átmenetifémek helyettesítése olcsó, nagyobb természetes gyakoriságú fémekkel (pl. Mn). Tevékenységünk eredményei új anyagokban, eljárásokban, szabadalmakban és tudományos közleményekben egyaránt megjelenhetnek. A zöld kémiai elvek alkalmazása az alapkutatásban rendkívüli módon elősegíti az oktatás korszerűsítését, hiszen életszerű és széleskörű tapasztalatok átadásával hozzájárul a fenntartható fejlődés szemléletének kialakításához.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The modern metal complex catalysis is one of the most effective and environmentally friendly methods for the synthesis of organic compounds. The combination of characteristics like high activity and broad tolerance for a number of substrates, substituents and solvents is the basis for application of such catalysts in organic synthesis. The present project is motivated by environmentally-friendly and sustainable chemistry, as the purpose is to perform reactions under green chemical conditions using renewable resources and alternative solvents like ethanol, organic carbonates and ionic liquids. The narrower topic is the synthesis of achiral and chiral hemilabile bidentate and tridentate PN, PNN, PNP, PS, NS ligands. It is also our purpose to use an efficient manganese-catalyzed Guerbet-type condensation reaction of ethanol to form 1-butanol. Biomass-derived ethanol is an important renewable feedstock. Its conversion into high-quality biofuels is a promising route to replace fossil resources. It is a further challenge to develop a homogeneous non-noble-metal catalysts (MnPN) based on our simple bidentate aminophosphine ligands for the hydrogenation of esters like seed oils. An additional challenge is the syntheses of our ligands and catalysts on Merrifield resin. The point of attachment chosen is the nitrogen as this offers the most synthetic simplicity together with the greatest diversity of possible building blocks. Of particular interest is that a number of the steps in the preparation on solid phase proceed much better than their solution counterparts.
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 basic question of this project is to explore (i) the advantages of the application of our achiral and chiral hemilabile bidentate and tridentate PN, PNN, PNP, PS, NS ligands obtained by our new methodology. Our project trys to find answers to actual challenges, (ii) how it is possible to carry out some catalytic reactions with more abundant metal like manganese modified by PN ligands. Further aim is to investigate(iii) the structure-activity relationships, for example the CH2 linkage effect of the backbone of the ligand on the reactivity and selectivity of the catalyst. űan essential question of the project is the applicability of green solvents as alternative reaction media for the transition metal catalyzed 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 importance of the research is that it discloses the new methodologies developed by our group for the synthesis of PN, P,N,N, P,N,P, P,S, N,S ligands that become more and more important in catalysis. Among others, important transformations, such as allylic allylation, allylic amination, C,C-coupling using the palladium, ruthenium or manganese-catalyzed hydrogenation reactions, condenstation reaction of ethanol to butanol. The results of the research and development might be of interest of the pharmaceutical and fine chemical industry. The main goal of our project is the development of efficient and economical processes for the production of fine chemicals by the application of the principles of Green Chemistry. The results might be of interest of the pharmaceutical and fine chemical industry.
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 the project is develop new methodologies for the synthesis new compounds wich can be used to increase the activity and selectivity of the catalyst. The present project is motivated by environmentally-friendly and sustainable chemistry, as the purpose is to perform reactions under green chemical conditions using renewable resources and alternative solvents like ethanol, organic carbonates and ionic liquids.The simplicity and efficiency of these catalytic systems constitutes an attractive synthetic approach that could provide a facile access to valuable achiral and chiral intermediates in drug design, which have varied spectrum of biological activity. They can be used as herbicides, antiviral drugs, antibiotics and neurodrugs. It is also a challenge to replace catalyts based on expensive and scarce precious-metal for more abundant, essentially indefinitely sustainable metal source (ie. Mn). Our activity would results new compounds, process, patent, and scientific publications. We believe that application of the principles of Green Chemistry, a widely accepted set of criteria, in fundamental research would accelerate the development of the sustainable approach in education.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Major, M. M., Rövid, G., Bakos, J., Farkas, G.: Királis ligandumok szintézise optikailag aktív, természetes vegyületek felhasználásával, XLI. Kémiai Előadói Napok, Szeged, Book of Abstracts p. 145-146., 2018 | | Farkas, G., Császár, Z., Bényei, A., Lendvay, G., Bakos, J.: Palladium- and ruthenium-complexes of chiral tridentate P,N,O-ligands and their application in catalysis, 5th EuChemS Inorganic Chemistry Conference, Moscow, Book of Abstracts, p. 221., 2019 | | Major, M. M.,Rövid, G., Lendvay, G., Balogh, S., Bényei, A., Bakos, J., Farkas G.: Királis, kéntartalmú heterodonor ligandumok szintézise, koordinációs és katalitikus tulajdonságai, 53. Komplexkémiai Kollokvium, Velence, Book of Abstracts, E-15., 2019 | | Major, M. M., Rövid, G., Lendvay, G., Bényei, A., Bakos, J., Farkas, G.: Királis tioéter-amin ligandumok szintézise és katalitikus tulajdonságainak vizsgálata, XXIV. Nemzetközi Vegyészkonferencia, Szovátafürdő, Románia, p. 35., 2018 | | Major, M. M., Császár, Z., Bényei, A. C., Balogh, S., Bakos, J., Farkas, G.: Backbone effects in the synthesis, coordination chemistry and catalytic properties of new chiral heterobidentate ligands with P,N and S,N donor sets, Journal of Organometallic Chemistry, 2020 | | Császár, Z., Szabó, E. Z., Bényei, A. C., Bakos, J., Farkas, G.: Chelate ring size effects of Ir (P, N, N) complexes: Chemoselectivity switch in the asymmetric hydrogenation of α, β-unsaturated ketones, Catalysis Communications, 2020 | | Major, M. M., Balogh, S., Simon, J., Bakos, J. Farkas, G.: New chiral thioether-phosphite ligands and their rhodium-coordination chemistry: steric and electronic properties, dynamic processes and application in catalysis, Journal of Coordination Chemistry, 2021 | | Major, M. M., Guóth, M., Balogh, S., Simon, J., Bényei A., Bakos, J. Farkas, G.: Novel Pd(PN,S)-complexes: Highly active catalysts designed for asymmetric allylic etherification, Molecular Catalysis, 2021 | | Major, M. M., Guóth, M., Balogh, S., Bényei, A., Bakos, J., Farkas, G.: Királis kéntartalmú katalizátorok fejlesztése, Pannon Egyetem, Mérnöki Kari Tudományos Konferencia, Veszprém., 2020 | | Major, M. M., Kovács, R., Guóth, M., Balogh, S., Bényei, A., Bakos, J., Farkas, G.: Új háromfogú kéntartalmú ligandumok szintézise és alkalmazása ruténium-katalizált hidrogénezési reakciókban, XXVI. Nemzetközi Vegyészkonferencia, 2020 | | Farkas, G., Madarász, J., Bakos, J.: Asymmetric Hydrogenation in Continuous-Flow Conditions IN Asymmetric Hydrogenation and Transfer Hydrogenation (Eds: Ratovelomanana-Vidal, V., Phansavath, P.), ISBN: 978-3-527-34610-3 Wiley-VCH, Weinheim, 2021 | | Császár, Z., Major, M., Bakos, J., Farkas, G.: Variációk négy donoratomra (P,N,S,O): a ligandum szerkezetének finomhangolása nagy hatékonyságú katalizátorok előállítására, Magyar Kémiai Folyóirat, 127, 137-143., 2021 | | Császár, Z., Kovács, R., Fonyó, M., Simon, J., Bényei, A. C., Lendvay, G., Bakos, J., Farkas, G.: Testing the role of the backbone length using bidentate and tridentate ligands in manganese-catalyzed asymmetric hydrogenation, Molecular Catalysis, 529, 112531., 2022 | | Császár, Z., Guóth, M., Farsang, E., Bényei, A. C., Bakos, J., Farkas, G.: Hydrogen-bond directed coordination of phosphine-amino-alcohol ligands (P,N,OH): Stereochemical considerations and catalytic studies, Inorganica Chimica Acta, 543, 121153., 2022 | | Major, M. M.: Királis tioéterek szintézise és katalitikus tulajdonságainak vizsgálata, PhD értekezés, 2022 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
