Stereoselektīva Lūisa bāzes katalīze ilgtspējīgiem ķīmijas procesiem

Pētniecības projekta zinātniskais mērķis ir ilgtspējīgu, videi nekaitīgu un mērogojamu sintētisko metožu izstrāde ar potenciālu pielietojumu AFV iegūšanai rūpnieciskā mērogā. Projekta gaitā galvenā uzmanība tiks pievērsta pieteikuma iesniedzēja nesen izstrādātu hirālu Lūisa bāzes katalizatoru valorizācijai.
Pēcdoktorants Dr. chem. Artis Kinēns
Zinātniskais konsultants Prof. Edgars Sūna
Paredzētie projekta īstenošanas rezultāti:
  • dalība 3 zinātniskajās konferencēs
  • 2 zinātniskie raksti (IF > 50% no nozares vidējā līmeņa)
Pētniecības pieteikuma numurs 1.1.1.2/VIAA/3/19/589
Projekta ieviešanas vieta Latvijas Organiskās sintēzes institūts
Projekta ieviešanas ilgums 36 mēneši
Kopējās projekta izmaksas 133 805,88 EUR 
(ERAF finansējums – 105 706,68 EUR; valsts budžeta finansējums – 13 380,57 EUR)
Publicēts: 31.03.2020.

Pārskata periodā veiktas šādas pētnieciskās darbības:

 

  • balstoties uz literatūras datu izpēti, kā piemērotākais Luisa (Lewis) bāzes (LB) katalizators pētījumu uzsākšanai tika izvēlēts 4-dimetilaminopiridīns (DMAP). LB katalizētas cianhidrīnu sintēzes izstrāde uzsāktaar piemērotāko apstākļu izpēti. Pētījumu iesākām ar piemērotākā cianīda avota meklējumiem un, lai pārliecinātos, ka notiek LB katalizēta ciānhidrīnu sintēze, tika veikta reakcija ar dažādiem cianīda avotiem gan DMAP klātbūtnē, gan bez LB;
  • veicot dažādu šķīdinātāju pārbaudi, noskaidrots, ka reakcijas norisei var lietot gan polārus, gan nepolārus šķīdinātājus. Tā piemēram, lietojot polārus šķīdinātājus (DMF, MeCN, t-AmOH) reakcija notiek ar 80-90% iznākumu. Savukārt, lietojot mazāk polārus un nepolārus šķīdinātājus (DCM, MTBE, toluols) reakcija noris ar 94% iznākumu;
  • ciano(fenil)metil acetāts tika izvēlēts kā piemērotākais substrāts enantioselektīvas cianohidrīnu sintēzes metodes izstrādei. Paralēli enantioselektīvas cianohidrīnu sintēzes metodes izstrādei, ir uzsākta amīnu dinamiskās kinētiskās sadalīšanas (DKS) metodes izstrāde.

Publicēts: 30.06.2020.

Pārskata periodā veiktas šādas pētnieciskās darbības:

 

  • veicot enantioselektīvas cianohidrīnu sintēzes reakcijas apstākļu optimizāciju, secināts, ka reakcijā izmantotais šķīdinātājs praktiski neietekmē reakcijas selektivitāti. Tai pat laikā, šķīdinātāja izvēlei ir būtiska ietekme uz reakcijas ātrumu. Noskaidrots, ka reakcijai vispiemērotākais šķīdinātājs ir trifluorotoluols;
  • mainot acilējošā reaģenta telpisko izmēru nenovērojām reakcijas enantioselektivitātes izmaiņas. Tālāk tika veikta hirālas Lūisa (Lewis) bāzes (LB) katalizētas cianohidrīnu sintēzes reakcijas substrātu klāsta pārbaude;
  • substrātu klāsta pārbaudē secināts, ka alifātisku ķēdi saturošu cianhidrīnu sintēze notiek neselektīvi (2-4% ee). Turpretim, aromātisku sānu ķēdi saturošu cianhidrīnu sintēze notiek ar zemu selektivitāti (līdz 20% ee);
  • starp aromātisko ķēdi saturošiem substrātiem viszemāko enantioselektivitāti uzradīja substrāti, kas satur elektroniem nabadzību aril fragmentu. Lai noskaidrotu zemās enantioselektivitātes cēloni, uzsākti reakcijas mehānisma pētījumi.

Publicēts: 30.09.2020.

Pārskata periodā veiktas šādas pētnieciskās darbības:

 

  • lai noskaidrotu cianhidrīnu sintēzes zemās enantioselektivitātes iemeslus tiek veikti sintēzes mehānisma pētījumi. Mehānisma pētījumi tiek veikti mērķtiecīgi iegūstot un raksturojot sintētiskos intermediātus;
  • paralēli cianhidrīnu sintēzes mehānisma pētījumiem veicam pārejas metālu katalizētu hirālu amīnu un spirtu racemizācijas pētījumu. Pētījuma mērķis ir atrast piemērotākos racemizācijas reakcijas apstākļus, kuri būtu savienojami ar istabas temperatūras enantioselektīvu Lewis bāzes (LB) katalizētu amīnu un spirtu acilēšanu. Šim nolūkam amīnu un spirtu racemizācijā tika pārbaudīti vairāk kā divdesmit komerciāli pieejami Pd, Ru, Rh un Ir katalizatori;
  • noskaidrojām, ka labākie katalizatori spirtu racemizēšanai ir Bäckvall, Nolan un Park rutēnija katalizatori. Tai pat laikā amīnu racemizācija notiek tikai paaugstinātā temperatūrā, kas norāda uz nepieciešamību pievadīt papildus enerģiju amīnu racemizācijas procesa veiksmīgai norisei;
  • uzsākta publikācijas sagatavošana par dinamisko kinētisko sadalīšanu, ko veicina hirālas Lewis bāzes un rutēnija kompleksa tandēmkatalīze.

Publicēts: 30.12.2020.

Pārskata periodā veiktas šādas pētnieciskās darbības:

 

  • tiek turpināts darbs pie enantioselektīvas cianhidrīnu sintēzes mehānisma pētījumiem. Noskaidrojām, ka reakcija var noritēt pa diviem paralēliem ceļiem;
  • paralēli reakcijas mehānismu pētījumiem tiek turpināts darbs pie amīnu dinamiskās kinētiskās sadalīšanas reakcijas izstrādes. Šim nolūkam veicām amīnu racemizāciju vairāku fotokatalizatoru klātbūtnē;
  • veicām amīnu kinētiskās sadalīšanas (KS) reakcijas apstākļu optimizāciju;
  • turpināts darbs pie publikācijas sagatavošana par dinamisko kinētisko sadalīšanu, ko veicina hirālas Lewis bāzes un rutēnija kompleksa tandēmkatalīze.

Publicēts: 30.03.2021.

Pārskata periodā veiktas šādas pētnieciskās darbības:

 

  • tiek veikta padziļināta enantioselektīvas cianhidrīnu sintēzes mehānisma izpēte, kuras laikā noskaidrojām, ka mehānisms (A) notiek ātrāk par mehānismu (B);
  • paralēli mehānisma pētījumiem veikta amīnu KS reakcijas apstākļu optimizācija. Optimizācijas gaitā noskaidrojām, ka (S)-TADMAP ir vispiemērotākais hirālais katalizators 4-metoksi-N-(1-fenilethil)anilīnu kinētiskajai sadalīšanai;
  • pabeigts darbs pie publikācijas izstrādes: Kinens, A.; Balkaitis, S.; Ahmad, O., K.; Piotrowski, D., W.; Suna, E. “Acylative Dynamic Kinetic Resolution of Secondary Alcohols: Tandem Catalysis by HyperBTM and Bäckvall’s Ruthenium Complex” J. Org. Chem. 2021, 86, 7189–7202. DOI: 10.1021/acs.joc.1c00545

Publicēts: 30.06.2021.

Pārskata periodā veiktas šādas pētnieciskās darbības:

  • turpinās darbs pie cianhidrīnu dinamiskās kinētiskās sadalīšanas mehānisma izpētes. Pētījumu rezultātā noskaidrojām, ka iepriekš iegūtā piridīna hemiamināla intermediāta diastereoselektivitāte ir cieši saistīta ar tā struktūru;
  • veikta krustenisko eksperimentu sērija;
  • no 31. augusta līdz 3. septembrim piedalījos starptautiskā zinātniskā konferencē “International Symposium on Synthesis and Catalysis 2021”. Konferences ietvaros uzstājos ar mutisku ziņojumu “Dynamic Kinetic Resolution by Chiral Lewis Base Catalysts”.

Publicēts: 30.09.2021.

Pārskata periodā veiktas šādas pētnieciskās darbības:

  • balstoties uz cianhidrīnu dinamiskās kinētiskās sadalīšanas (DKS) mehānisma pētījumiem izvirzīts jauns reakcijas mehānisms;
  • paralēli cianhidrīnu DKS notiek darbs pie 4-metoksi-N-(1-feniletil)anilīna racemizācijas apstākļu piemeklēšanas. Kā perspektīva racemizācijas metode tiek pētīta fotoķīmiski katalizēta tioradikāļu veicināta racemizācija;
  • no 28. līdz 29. oktobrim piedalījos OSI organizētā starptautiskā zinātniskā konferencē “12th Paul Walden Symposium on Organic Chemistry”. Konferences ietvaros tika prezentēts stenda referāts “SYNTHESIS OF ENANTIOENRICHED CYANOHYDRINS USING LEWIS BASE CATALYSIS”, kurā atspoguļoti PostDoc granta ietvaros iegūtie jaunākie zinātniskie sasniegumi;
  • uzsākta dokumentu kārtošana, lai 2022. gada sākumā varētu realizēt plānoto mobilitāti Prof. A. C. Spivey vadībā Imperiall College London.

Publicēts: 30.12.2021.