katalízis, fém-mentes, méretkizárás, borán, frusztrált Lewis pár
Keywords in English
catalysis, metal-free, size-exclusion, borane, frustrated Lewis pair
Discipline
Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)
100 %
Ortelius classification: Intermedier chemistry
Panel
Chemistry 2
Department or equivalent
Institute of Organic Chemistry (Research Center of Natural Sciences)
Participants
Fegyverneki, Dániel Gyömöre, Ádám
Starting date
2018-12-01
Closing date
2020-11-30
Funding (in million HUF)
20.000
FTE (full time equivalent)
1.03
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. Jelen pályázat célja méretkizárásos elv mentén fejlesztett boránok katalitikus aktivitásának vizsgálata karbonilok hidroszililezési és Diels-Alder reakciókban. Ezek révén az általunk korábban kifejlesztett boránok szintetikus alkalmazhatóságát szeretnénk kiterjeszteni szintetikusan fontos reakciókban. A katalizátor speciális szerkezete és különleges víztoleranciája alapján azt várjuk, hogy azok akár előnyösen alkalmazhatók lesznek ipari jelentőségű szintetikus reakciókban 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 kutatások alapvető célja annak a vizsgálata, hogy az általunk kifejlesztett fémet nem tartalmazó hidrogénező katalizátor különleges szerkezetéből és kémiai tulajdonságából eredő előnyök kihasználhatók-e más szintetikusan releváns reakcióban is. Így vizsgálni kívánjuk, hogy a bóratom környezetében levő sztérikus zsúfoltság elősegíti-e a hidroszililezési reakció szelektívebbé válását. A szrérikus hatások miatt, egy jobban modulált reaktivitásra számítunk, amely nem csak a regioszelektivitást, de a kemoszelektivitást is javíthatja. Ezen túlmenően, tanulmányozni szeretnénk a méretkizárásos boránok katalizátorként való használhatóságát a Diels-Alder reakciókban. A sztérikus zsúfoltság előnyös lehet az endo/exo szelektivitás befolyásolásában is.
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 kutatások új utat nyithatnak a racionális katalizátorfejlesztés területén. Ezen tudás birtokában új katalizátor család kifejelsztésére kerül sor, amely meglevő és még nem teljesen megoldott szintetikus problémákra adna környezetbarát megoldást.
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 katalizátorfejlesztés a kémiai kiemelt fókuszpontja, mivel a katalízis az egyik legfontosabb eszköz a szintetikus vegyészek eszköztárában. A javasolt kutatási programban nem csupán arra törekszünk, hogy szelektívebb módon állítsunk elő gyakorlati szempontból fontos vegyületeket, hanem arra is, hogy toxikus fémkatalizátorkat kiváltsuk kevésbé vagy nem toxikus katalizátorokra, amelyek egyben a kémiai szintézis fenntarthatósági problémára is választ adnak. A fenti célkitűzések elérésének az érdekében célunk egy általunk korábban kifelesztett katalizátortípus, a méretkizárásos boránok katalitikus képességének a kiterjesztése.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The focus of the current project is to explore the catalytic utility of Lewis acidic boranes with size exclusion design in various hydrosilylaltion reactions of carbonyl compounds and Diels-Alder reactions. In this manner, the utility of the previously developed class of boranes will be expanded in synthetically relevant reactions. The special structural design of the catalysts combined with their unique water tolerance is expected to secure the development of practical synthetic procedures with industrial interest.
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 fundamental question of the proposal is to explore whether the unique structural feature and chemical property of our borane based catalysts might be translated to other reactions. So, we would like to investigate whether the steric shielding around the boron atom might be utilized to tame the reactivity of the transiently formed borohydride in hydrosilylation reactions. We expect a moderated, more selective behaviour which can secure chemo- and regioselectivity. Additionally, we would like to investigate the catalytic utilization of these boranes in Diels-Alder reactions. We expect that the steric shielding around the boron centre allow the reaction to run in a catalytic manner and the steric congestions might be also the source of unusual exo-selectivity and inverted regioselectivity.
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 proposed research program is expected to open new vista in rational catalyst design. These knowledge can then be utilized to develop new class of catalysts for difficult and unsolved synthetic chemical problems in a environmentally benign manner.
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. Catalyst development is the central focus of modern chemistry, because catalysts are the most important enabling element in the toolkit of synthetic chemists. In the proposed project, we are dedicated to solve not only selectivity problems, but we want to replace also the currently used metals to less toxic and more sustainable metal-free catalysts. For these initiatives, we are dedicated to explore further the utility of a special class of catalyst that we have developed, boranes with size-exclusion design.
Final report
Results in Hungarian
Egy új típusú borán katalizátorcsaládot fedeztünk fel, amely szilán redukáló szer használatával elősegíti az észter-aldehid átalakítást. A borán katalizátor aril gyűrűjeinek speciális szubsztitúciós mintázata van, az egyik és csakis az egyik gyűrű esetében az ortodox szubsztituensek között jelentős méretbeli aszimmetria van. Ennek következtében egy érdekes jelenség alakul ki: a borán centrumhoz minimum két különböző Lewis savasság tartozhat, azaz orientációs anizotrópia jelenik meg. Feltételezzük, hogy ez a jelenség meghatározó mind a reaktivitásban mind a szelektivitásban. A módszer egyszerűségének és hatékonyságának köszönhetően feltételezhető, hogy akadémiai és ipari használata is lesz a jövőben.
Results in English
A novel family of FLP catalyst has been serendipitously discovered novel catalysts for ester-to-aldehyde conversion with a silane reagent. The aryl rings of the boranes have a special substitution pattern, namely, in one of the aryl groups there should be a small-size F atoms in one of the ortho positions and a large-size group (having larger steric demand) in the other ortho position. Thus a novel phenomenon, the single site but multiple Lewis acidity emerges. These catalysts are not only highly active and robust (allowing to reduce the catalyst load) but highly selective, only minimal overreduction can be detected. Due to the simplicity, practicality and efficacy of this novel catalytic methodology, we expect that our results will be used for ester-to aldehyde reactions in academic laboratories and very conceivable it will penetrate into industry.
