Organokatalitikus énamin köztitermékek kialakulása: Elméleti tanulmányok
Az ipari kémiai szintézisekben állandó törekvés a katalitikus reakciók optimalizálása, a szelektivitás növelése. Ezen a területen nagy szerepet játszhatnak a jövőben az aszimmetrikus katalízisben az organokatalizátorok. Ezek a kisméretű, fémmentes katalizátor molekulák számos előnnyel rendelkeznek a hagyományos fém-katalizátorokkal és az enzimekkel szemben [1]. Ezek közé tartozik, hogy a használatuk olcsó, természetes anyagokból könnyen előállíthatók optikailag tiszta formában, illetve főként fogyasztásra szánt termékek esetén fontos, hogy velük kiválthatóak az érzékeny és toxikus fém-katalizátorok.
Az organokatalizátorok működésének felkutatásában fontos szerepet töltenek be a kvantumkémiai számítások önmagukban, vagy akár kísérletekkel kombinálva. Ezek a mechanisztikus tanulmányok sokszor új fejlesztési és tervezési stratégiákat nyújthatnak számunkra [2], Például korábban kísérleti és elméleti módszerekkel is vizsgálták az aldehidek és nitroalkének Michael-reakcióját [3], amit gyakran alkalmaznak az új katalizátorok hatékonyságának felmérésére.
Munkánk során egy prolin-származék, az ún. Hayashi-Jørgensen katalizátor által katalizált Michael-addíció énamin-képződési folyamatainak mechanisztikus lépéseit vizsgáltuk. Ennél a reakciónál megfigyelhető, hogy míg az énamin köztitermék kialakulása gyors, addig az úgynevezett termék-énamin melléktermék képződése jóval lassabb. A kutatásunk célja az volt, hogy kvantumkémiai számításokkal felderítsük, mi okozza a sebességkülönbséget a két hasonló termék képződésében, ugyanis a termék-énamin keletkezése a termék lassú epimerizációját vonhatja maga után. Ennek gátlása tehát javíthatja a reakció sztereoszelektivitását.
Az énaminok képződésének lehetséges folyamatát keresve több mechanisztikus elképzelést is megvizsgáltunk egy modell katalizátorra, a pirrolidinre. Korábbi tanulmányok alapján [4] feltételeztünk egy vízmolekulák által katalizált reakcióutat, amelyet sűrűségfunkcionál elméleten alapuló számításokkal vizsgáltunk, illetve a módszerünk megbízhatóságát nagy pontosságú ab initio számításokkal ellenőriztük. Számítási eredményeiket és következtetéseinket korábbi, elméleti és kísérleti tanulmányok tapasztalataival vetettük össze.
Munkámat az MTA TTK Szerves Kémiai Intézetének Elméleti Kémiai Kutatócsoportjában végeztem.
[1]: Macmillan, D. W. C., Nature, 2008, 455, 304-308.
[2]: Cheong, P. H., Legault, C. Y., Um J. M., Çelebi-Ölçüm, N., Houk, K. N., Chem. Rev. 2011, 111, 5042–5137.
[3]: (a) Sahoo, G., Rahaman, H., Madarász, Á., Pápai, I., Melarto, M., Valkonen, A., Pihko, P. M., Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 13144-13148. (b) Földes, T., Madarász, Á., Révész, Á., Dobi, Z., Varga, Sz., Hamza, A., Nagy, P. R., Pihko, P. M., Pápai, I., J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 17052-17063.
[4]: Patil, M. P., Sunoj R. B., J. Org. Chem. 2007, 72, 8202-8215.
szerző
-
Beke Áron Kristóf
Vegyészmérnöki alapképzési szak, nappali BSC
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Nyulászi László
egyetemi tanár, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék
