Enantioselective synthesis catalysed by chiral crown ethers  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75098
Type K
Principal investigator Bakó, Péter
Title in Hungarian Királis koronaéterekkel katalizált enantioszelektív szintézisek
Title in English Enantioselective synthesis catalysed by chiral crown ethers
Keywords in Hungarian enantioszelektív reakciók, fázistranszfer katalízis, királis koronaéterek
Keywords in English enantioselective reactions, phase transfer catalysis, chiral crown ethers
Discipline
Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Carbon chemistry
Panel Natural Sciences Committee Chairs
Department or equivalent Department of Organic Chemistry and Technology (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Karancsiné Menyhárd, Dóra
Keglevich, György
Szöllősy, Áron
Toke, László
Starting date 2008-10-01
Closing date 2013-09-30
Funding (in million HUF) 11.133
FTE (full time equivalent) 5.41
state closed project
Summary in Hungarian
Kutatómunkánk alapja az a felismerés, hogy a monoszacharidokból felépülő királis koronaéterek jelentős aszimmetrikus indukciót képesek kifejteni bizonyos reakciókban, ha királis fázistranszfer katalizátorként alkalmazzuk azokat. A pályázatban megfogalmazott célunk az, hogy újtípusú, monoszacharid-alapú (D-glükóz, D-mannóz, D-altróz és dezoxiribohexapiranozid-részeket tartalmazó) királis lariát étereket szintetizáljunk, melyek 15-tagú korona-gyűrűt és a gyűrű nitrogén atomján különböző lánchosszúságú oldalkarokat tartalmaznak. Tervezzük a szubsztituensek változtatását a szénhidrát-rész 4,6-O- helyzetében (4,6-O-naftilidén, -benzilidén, -hexilidén, -izopropilidén csoportok), valamint a koronagyűrű nitrogén atomján függő oldalkarokat (pl piridin végcsoportos oldalkarok kialakítása). További tervünk, hogy piridin-gyűrűt építünk be a makrociklusba, azon célból, hogy tanulmányozhassuk ennek hatását a koordináló képességre és az enantioszelektív reakciókban mutatott katalitikus aktivitásra. Szeretnénk továbbá olyan glükóz-alapú lariát étereket szintetizálni, melyek kromofor csoportokat tartalmaznak: akridin-, antranil-, fluorenil-, pirenil- stb. csoportok), hogy spektroszkópiai módszerekkel (UV, VIS) könnyebben tanulmányozhassuk optikai tulajdonságaikat, és molekuláris szenzorként való viselkedésüket. Az új makrociklusokat királis fázistranszfer katalizátorként alkalmazzuk különböző reakciókban, ahol aszimmetrikus indukció létrejöhet: Michael addíciókban, Darzens kondenzációkban, Aldol kondenzációkban, prokirális ketonok és oximok redukció-jában stb. A reakciókat folyadék-folyadék és szilárd-folyadék rendszerekben hajtjuk végre, különböző körülmények között. Az enantiomer felesleg % értékeket királis HPLC, GC, NMR segítségével határozzuk meg. A katalizátorok segítségével keletkezett uj királis vegyületek abszolut konfigurációját kémiai úton, CD és röntgen spektroszkópiával igyekszünk bizonyítani. Az enantioszelektív reakciók mechanizmusát molekulamodellezési számításokkal kívánjuk magyarázni.
Summary
The basis of our research is the finding that the chiral crown ethers incorporating monosaccharide moiety in their ring, result in significant asymmetric induction as chiral phase transfer catalysts in a variety of reactions. Our purpose is to synthesise new-type, monosaccharide-based (D-glucose, D-mannose, D-altrose and deoxiribohexapyranoside etc) chiral lariat ethers having 15-membered crown ring with a side chain of different length on the nitrogen atom. We plan to change the substituent in the 4,6-O-position of the sugar-unit (4,6-O-naphthylidene-, benzylidene-, hexylidene-, isopropylidene), as well as the side arm at the nitrogen atom of the crown ring (e.g. with pyridyl andgroup). We wish to build one pyridin-unit into the ring of the macrocycle, to study its effect not only on the coordinating ability of the crown ether, but also on their catalytic activity in enantioselective reactions. We would like to synthesize glucose-based lariat ethers containing different chromophores: acridine-, anthranyl-, fluorenyl-, pyrenyl groups etc) to study their optical properties by spectroscopic methods. The target molecules will be tested as sensors.
We wish to test the new macrocycles as chiral phase transfer catalyst in various reactions, in which asymmetric induction can be expected: Michael additions, Darzens condensations, Aldol condensations, reduction of prochiral ketones and their oximes etc. The reactions will be carried out in liquid-liquid and solid-liquid two phase systems, varying the reaction conditions. The enantioselectivity % values will be determined by chiral HPLC, GC, NMR spectroscopy. The absolute configurations of the new compounds generated by the catalysts will be determined by chemical methods, CD and X-ray spectroscopy. The mechanism of the enantioselective reactions will be evaluated by molecule modelling calculations.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Kutatómunkánk alapja az a felismerés, hogy monoszacharidokból felépülő királis koronaéterek aszimmetrikus indukciót képesek kifejteni bizonyos reakciókban, ha királis fázistranszfer katalizátorként alkalmazzuk azokat. Különböző monoszacharid származékokból felépülő új, királis monoaza-15-korona-5, két nitrogént tartalmazó diaza-15-korona-5 és diaza-18-korona-6 típusú koronaétereket szintetizáltunk. Néhány cukor-alapú koronaéter fázistranszfer katalizátorként alkalmazva jelentős aszimmetrikus indukciót eredményezett egyes Michael típusú addíciós reakcióban (80-99% ee), kalkonok, kalkon analógok terc-butilhidroperoxiddal történő epoxidációs reakciójában (83-97% ee), valamint 4-fenil-α-klór-acetofenon, 2-klór-1-tetralon és 2-klór-1-indanonak különböző aromás aldehidekkel lejátszódó Darzens kondenzációjában (60-96% ee), folyadék-folyadék fázisú reakciókban. A katalizátorok szerkezete és hatása között próbáltunk összefüggéseket keresni. Azt találtuk, hogy a katalizátort felépítő szénhidrát királis tulajdonsága és a gyűrű nitrogén atomján függő szubsztituens (oldalkar) minősége jelentősen befolyásolja a kémiai termelést és az enantioszelektivitást. Néhány új, királis epoxiketon abszolút konfigurációját egykristály röntgenspektroszkópiás analízisével határoztuk meg. Egy 21-tagú, fluoreszcens csoportot tartalmazó glükóz-alapú koronaéter enantiomer megkülönböztető képességet mutatott néhány királis ammónium-sóval szemben.
Results in English
The basis of our research is the finding that the chiral crown ethers incorporating monosaccharide moiety in their ring, are able to general asymmetric induction as chiral phase transfer catalysts in certain reactions. New chiral monoaza-15-crown-5, diaza-15-crown-5, diaza-18-crown-6 type macrocycles anellated to different monosaccharide derivatives have been synthesized. Some crown ethers using as chiral phase transfer catalysts resulted in significant asymmetric induction in a few Michael addition reactions (80-99% ee), in the epoxidation of the different chalcones and chalcone analogues with tert-butylhydroperoxide (83-97% ee) and in the Darzens condensation of 4-phenyl-α-chloroacetophenone, 2-chloro-1-tetralone and 2-chloro-1-indanone with various aromatic aldehydes (60-96% ee) in liquid-liquid phase reactions. Relationships between structure of catalysts and their effect were discussed. We have found that the chiral nature of the carbohydrate in the catalyst, the quality of the side arm attached to the nitrogen atom had a significant effect on both the chemical yield and the enantioselectivity. The absolute configurations of some novel chiral epoxyketones were determined by single-crystal X-ray analysis. A 21-membered glucopyranoside-based crown ether incorporating acridine fluorescent signalling unit, showed chiral discrimination in case of a few ammonium salts used as model guest compounds.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=75098
Decision
Yes





 

List of publications

  
Attila Makó, Áron Szöllősy, György Keglevich, Dóra K. Menyhárd, Péter Bakó and László Tőke: Synthesis of methyl-α-D-glucopyranoside-based azacrown ethers and their application in enantioselective reactions, Monatshefte für Chemie, 2008
Attila Makó, Dóra K. Menyhárd, Péter Bakó, György Keglevich, László Tőke: Theoretical study of the asymmetric phase-transfer mediated epoxidation of chalcone catalyzed by chiral crown ethers derived from monosaccharides, Journal of Molecular Structure, 2008
Makó Attila, Bakó Péter, Szöllősy Áron, Bakó Tibor, Peltz Csaba, Keglevich Péter: Synthesis of chiral pyridino-15-crown-5 type ligands containing alpha-D-hexapyranoside unit and their application in asymmetric synthesis, ARKIVOC, 2009
Jászay Zsuzsa, Truong Son Pham, Németh Gabriella, Bakó Péter, Petneházy Imre, Tőke László: Asymmetric Synthesis of Substituted alpha-Amino Phosphonates with Chiral Crown Ethers as Catalysts, SYNLETT, 2009
Nagy J. Henrietta, Sallay Péter, Varga Mihály, Rusznák István, Bakó Péter, Víg András: Removal of Dyes from Industrial Wastewater by Cucurbiturils, Textile Research Journal, 2009
Makó Attila, Rapi Zsolt, Keglevich György, Szöllősy Áron, Drahos László, Hegedűs László, Bakó Péter: Asymmetric epoxidation of substituted chalcones and chalcone analogues catalyzed by alpha-D-glucose- and alpha-D-mannose-based crown ethers, Tetrahedron:Asymmetry, 2010
Bakó Péter, Keglevich György, Rapi Zsolt: Asymmetric Phase Transfer Reactions Catalyzed by Chiral Crown Ethers Derived from Monosaccharides, Letters in Organic Chemistry, 2010
Makó Attila, Rapi Zsolt, Drahos László, Szöllősy Áron, Keglevich György és Bakó Péter: Enantioselective Michael Addition of 2-Nitropropane to Substituted Chalcones and Chalcone Analogues Catalyzed by Chiral Crown Ethers Incorporating an alpha-D-Glucose or, Letters in Organic Chemistry, 2010
Bakó Péter, Rapi Zsolt, Keglevich György, Szabó Tamás, Sóti Péter, Vígh Tamás, Grűn Alajos, Holczbauer Tamás: Asymmetric C-C bond formation via Darzens condensation and Michael addition using monosaccharide-based chiral crown ethers, Tetrahedron Letters, 2011
Rapi Zsolt, Szabó Tamás, Keglevich György, Szöllősy Áron, Drahos László, Bakó Péter: Enantioselective synthesis of heteroaromatic epoxyketones under phase-transfer catalysis using D-glucose- and D-mannose-based crown ethers, Tetrahedron: Asymmetry, 2011
Rapi Zsolt, Bakó Péter: Monoszacharid-alapú királis koronaéterek szintézise és alkalmazása aszimmetrikus fázistranszfer reakciókban., Magyar Kémiai Folyóírat, 2012
Bakó Péter, Keglevich György, Rapi Zsolt, Tőke László: The Enantiomeric Differentiation Ability of Chiral Crown Ethers Based on Carbohydrates, Current Organic Chemistry, 2012
Rapi Zsolt, Bakó Péter, Keglevich György, Szöllősy Áron, Drahos László, Botyánszki Adrienn: Asymmetric phase transfer darzens reactions catalyzed by D-glucose- and D-mannose-based chiral crown ethers, Tetrahedron:Asymmetry, 2012
Szabó Tamás, Rapi Zsolt, Keglevich György, Szöllősy Áron, Drahos László, Bakó Péter: Synthesis of L-arabinose-based crown ethers and their application as enantioselective phase transfer catalysts, ARKIVOC, 2012
Rapi Zsolt: Monoszacharid alapú királis koronaéterek szintézise és alkalmazása enantioszelektív reakciókban, PhD disszertáció (internet), 2012
Péter Bakó, Zsolt Rapi and György Keglevich: Catalytic Asymmetric Darzens Reactions (review), Current Organic Synthesis, 2013
Zsolt Rapi, Péter Bakó, György Keglevich, Áron Szöllősy, László Drahos László Hegedűs: Synthesis of ribose and altrose based azacrown ethers and their application in an asymmetric Michael addition, Carbohydrate Research, 2013



Back »