Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)
100 %
Ortelius classification: Quantum chemistry
Panel
Chemistry 1
Department or equivalent
Institute of Organic Chemistry (Research Center of Natural Sciences)
Participants
Hamza, Andrea Kótai, Bianka Rokob, Tibor András Stirling, András
Starting date
2010-09-01
Closing date
2015-08-31
Funding (in million HUF)
18.910
FTE (full time equivalent)
8.45
state
closed project
Summary in Hungarian
Jelen pályázat olyan katalitikus folyamatok megértését és fejlesztését tűzi ki célul, melyek savas és bázikus csoportok együttes közreműködésével fejtik ki hatásukat. Kutatásaink során elsősorban sztérikusan zsúfolt Lewis sav-bázis párok ("frusztrált Lewis párok") reaktivitását tanulmányozzuk, de a kooperativitás koncepcióját organokatalitikus reakciókra is alkalmazni kívánjuk. Kvantumkémiai számítások segítségével részletesen feltárjuk a reakciók mechanizmusát, és azonosítjuk azokat a tényezőket, melyek alapvetően befolyásolják a reakciók kimenetelét. Kutatásainkat szintetikus kémikusokkal együttműködve végezzük, és alapvető célunk új katalizátorok tervezése és szintézise.
Summary
This project aims at understanding and developing of catalytic processes that operate via cooperative action of acidic and basic functionalities. The investigated systems are related to two rapidly emerging areas in present day synthetic chemistry: the reactivity of "frustrated Lewis pairs" and organocatalytic processes. Advanced computational techniques are applied to gain insight into the mechanism of these reactions and to identify the main factors that determine the outcome of the reactions. The research program is carried out in collaboration with synthetic chemists with the ultimate goal of designing and synthetisizing efficient new catalysts.
Final report
Results in Hungarian
Jelen projekt keretében olyan katalitikus folyamatok tanulmányozását tűztük ki célul, melyekben savas és bázikus csoportok kooperatív módon fejtik ki hatásukat. Az eredeti munkatervnek megfelelően elméleti tanulmányaink egy része a frusztrált Lewis párok (FLP-k) reaktivitásának értelmezésére irányult. Ezekben a munkákban a hidrogénaktiválásra korábban javasolt mechanisztikus modellt fejlesztettük tovább, illetve alternatív modellek alkalmazhatóságát is megvizsgáltuk. A mechanisztikus ismereteket hazai és nemzetközi együttműködések keretében hidrogénező FLP katalizátorok fejlesztésében használtuk fel. A fejlesztések során egyrészt az intermolekuláris FLP-k borán komponensét módosítottuk, másrészt az orto-fenilén egységgel összekapcsolt amino-boránok sajátos kooperativitását használtuk fel hidrogénezési reakciókban. A sav-bázis kooperativitás koncepcióját sikerrel alkalmaztuk négyzetsavamid alapú bifunkciós katalizátorok működésének értelmezéséhez és palládium katalizált C-C kapcsolásos reakciók mechanizmusának feltárásához.
Results in English
Catalytic processes that operate through cooperative action of acid-base functionalities have been investigated in the present project. In line with the original research plan, we primarily focused on the reactivity of so-called frustrated Lewis pairs (FLPs). In these studies, the previously proposed mechanistic model has been further developed, but the applicability of alternative models has been examined as well. The mechanistic insight emerging from our theoretical investigations has been utilized in design and development of metal-free hydrogenation catalysts, which has been carried out in collaboration with synthetic chemists,. The developments involve the fine-tuning of electronic and steric properties of boranes, and the application of ortho-phenylene linked FLPs in catalytic hydrogenation. The concept of acid-base cooperativity has been successfully applied to interpret the stereoselectivity induced by squaramide-based bifunctional organocatalysts, and to reveal the mechanism of palladium catalyzed C-C coupling reactions.
Chernichenko K, Kótai B, Pápai I, Zhivonitko V, Nieger M, Leskela M, Repo T: Intramolecular Frustrated Lewis Pair with the Smallest Boryl Site: Reversible H-2 Addition and Kinetic Analysis, Angew. Chem. Int. Ed., 1749 (2015), 2015
Lindqvist M, Borre K, Axenov K, Kótai B, Nieger M, Leskela M, Pápai I, Repo T: Chiral Molecular Tweezers: Synthesis and Reactivity in Asymmetric Hydrogenation, J. Am. Chem. Soc., 137, 4038 (2015), 2015
Gyömöre Á, Bakos M, Földes T, Pápai I, Domján A, Soós T: Moisture-Tolerant Frustrated Lewis Pair Catalyst for Hydrogenation of Aldehydes and Ketones, ACS Catalysis, 5, 5366 (2015), 2015
Erős G; Nagy K; Mehdi H; Pápai I; Nagy P; Király P, Tárkányi G, Soós: Selective Metal-Free Catalytic Hydrogenation of Quinolines Employing Lewis Acids with Size-Exclusion Design, Chem. Eur. J., 18, 574 (2012), 2012
Bakó I; Stirling A; Bálint Sz; Pápai I: Association of frustrated phosphine–borane pairs in toluene: molecular dynamics simulations, Dalton Trans., 41, 9023 (2012), 2012
Rokob TA, Pápai I: Hydrogen Activation by Frustrated Lewis Pairs: Insights from Computational Studies, Top. Curr. Chem., 332, 157 (2013), 2013
Kótai B; Kardos G; Hamza A; Farkas V; Pápai I; Soós T: On the Mechanism of Bifunctional Squaramide-Catalyzed Organocatalytic Michael Addition: A Protonated Catalyst as an Oxyanion Hole, Chem. Eur. J., 20, 5631 (2014), 2014
Dorkó É; Varga E; Gáti T; Holczbauer T; Pápai I; Mehdi H; Soós T: Steric Control of Geminal Lewis Pair Behaviour: Frustration Induced Dyotropic Rearrangement, SYNLETT, 25, 1525 (2014), 2014
Leskinen MV; Madarász Á; Yip KT; Vuorinen A; Pápai I; Neuvonen AJ; Pihko PM: Cross-Dehydrogenative Couplings between Indoles and β‑Keto Esters: Ligand-Assisted Ligand Tautomerization and Dehydrogenation via a Proton-Assisted Electron Transfer to P, J. Am. Chem. Soc., 136, 6453 (2014), 2014
Jakab A, Dalicsek Z, Holczbauer T, Hamza A, Pápai I, Finta Z, Timári G, Soós T: Superstable Pd(0) Complex as an Air- and Thermostable Catalyst for Suzuki Coupling Reactions, Eur. J. Org. Chem., 60 (2015), 2015
Events of the project
2013-01-30 16:04:07
Résztvevők változása
2012-01-03 11:38:35
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Kémiai Kutatóközpont Elméleti Kémiai Laboratórium (MTA Kémiai Kutatóközpont), Új kutatóhely: Szerves Kémiai Intézet (MTA Kémiai Kutatóközpont).
2010-03-11 14:36:03
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Szerkezeti Kémiai Intézet (MTA Kémiai Kutatóközpont), Új kutatóhely: Kémiai Kutatóközpont Elméleti Kémiai Laboratórium (MTA Kémiai Kutatóközpont).
