"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8289
ETF8289 "Efektiivsus organokatalüüsis (1.01.2010−31.12.2013)", Tõnis Kanger, Tallinna Tehnikaülikool, Matemaatika-loodusteaduskond.
ETF8289
Efektiivsus organokatalüüsis
Efficiency in Organocatalysis
1.01.2010
31.12.2013
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaP390 Orgaaniline keemia 1.3. Keemiateadused (keemia ja muud seotud teadused)100,0
PerioodSumma
01.01.2010−31.12.2010296 400,00 EEK (18 943,41 EUR)
01.01.2011−31.12.201118 943,20 EUR
01.01.2012−31.12.201218 943,20 EUR
01.01.2013−31.12.201318 943,20 EUR
75 773,01 EUR

Uute aatom- ja etapp-efektiivsete stereoselektiivsete orgaanilise sünteesi meetodite väljatöötamine on oluline probleem, mille lahendamiseks saab kasutada enantioselektiivsest organokatalüüsi. Organokatalüüsi põhilisteks puudusteks on vajaliku katalüsaatori suur kogus ja pikad reaktsiooniajad. Käesoleva taotluse põhieesmärgiks ongi organokatalüütiliste reaktsioonide efektiivsuse tõstmine. Selleks pakutakse välja kolm võimalust: • Kokatalüsaatorite kasutamine Organokatalüüsi saab aktiveerida kokatalüsaatorite kasutamisega. Pakutakse välja elektrofiilide aktiveerimist Lewise hapetega, millele järgneb enantiomeerse enamiini atakk. Oletatakse, et Lewise hapetega aktiveerimist saab kasutada epoksiidide organokatalüütilisel avamisel enamiinidega. Saadud hüdroksüaldehüüdid on tasakaalus oma tsükliliste vormidega, mida saab kasutada nukleosiidide analoogide sünteesil suhkru analoogina. • Organokatalüsaatorite immobiliseerimine 1,2-diamiine on võimalik selektiivselt blokeerida, jättes kaitsmata lämmastikuaatomi võimalikuks derivatiseerimiskohaks. Uuritakse kahte võimalikku immobilseerimisteed: katalüsaatori sidumine tahkele kandjale ja katalüsaatorile ioonsete vedelike omaduste andmine ühe lämmastikuaatomi kvaterniseerimise kaudu. Immobiliseeritud katalüsaatoreid kasutatakse suure sünteetilise tähtsusega reaktsioonide (aldoolreaktsioon, Michaeli liitumine, karbonüülühendite derivatiseeerimine, sigmatroopne ümbergrupeering) läbiviimisel. • Kaskaadreaktsioonid mitme uue C-C-sideme samaaegse moodustamisega Küllastamata karbonüülühenditega, millega on seotud lahkuv rühm, saab läbi viia kaks järjestikulist konjugeeritud liitumist ja tekkinud enolaat võib astuda alküleerimis- või kondensatsioonireaktsiooni. Selles reaktsioonis tekib samaaegselt 3 uut C-C-sidet ja 2 stereogeenset tsentrit. Kasutada võib nii C- kui ka N-, O- ja S-nukleofiile. Seda meetodit saab rakendada erinevate looduslike produktide stereoselektiivseks sünteesiks. Kõikides ülaltoodud lähenemistes kasutatakse nii meie laboris sünteesitud kui ka kommertsiaalseid organokatalüsaatoreid. Meie sünteesitud organokatalüsaatorid, mis erinevad üksteisest spetsiifilise struktuurifragmendi poolest, võimaldavad süstemaatiliselt uurida stereoselektiivust määravaid faktoreid ja ülaltoodud reaktsioonide mehhanisme. Paralleelselt eksperimentaalse toöga toimub ka nimetatud reaktsioonide teoreetiline modelleerimine (koostöös prof. T. Tamme grupiga).
The development of new stereoselective atom-efficient and step-efficient methods of organic synthesis is highly important. Enantioselective organocatalysis can be used to solve these problems. The main drawbacks of the organocatalysis are high catalyst loading and long reaction time needed. The main aim of the project is to increase the efficiency of organocatalytic reactions. Three approaches will be used to achieve it: • Use of cocatalysts Organocatalysis can be activated by co-catalysts. We propose an activation of electrophiles by Lewis acids followed by attack of enantiomerically pure enamine. It is supposed that the activation of epoxides by Lewis acids can be applied to the enantioselective organocatalytic epoxide opening reaction by enamines. The obtained hydroxyaldehyde is in equilibrium with its cyclic form which can be considered as a new sugar analogues for the synthesis of nucleosides. • Immobilization of organocatalysts 1,2-Diamines can selectively protected and unprotected nitrogen atom remains as the derivatization site. Two immobilization pathways will be investigated: fixing catalyst on the solid support or quaternization of the nitrogen atom affording properties of an ionic liquid to it. It is planned to use immobilized catalysts in reactions with a large synthetic potential (aldol, Michael reactions, functionalization of carbonyl compounds, sigmatropic rearrangements). • Use of cascade reactions to form simultaneously several new ?-bonds. We plan to develop a new cascade reaction based on the consecutive conjugate additions to unsaturated carbonyl compounds with leaving groups followed by the enolate alkylation (or condensation). In this reaction three new C-C-bonds and two stereogenic centers are formed in the one-pot reaction. C-nucleophiles as well as N, O, or S-nucleophiles can be used in the conjugate addition step. This principle can be extended to the formation of more sophisticated structures used in the stereoselective synthesis of natural products. In all proposed approaches a set of organocatalysts synthesized in our lab together with commercial products can be used. The access to diamines from our library which differ from each other only by a specific feature allows systematic investigation of the factors determining the stereoselectivity and mechanisms of abovementioned reactions. In parallel with experimental studies, theoretical calculations will be carried out in collaboration with prof. Tamm group (ESF grant 7135).