Projekti / Programi
Sinteza kovinskih kompleksov tetradentatnih piridil-mezoionskih karbenov kot potencialnih katalizatorjev za polimerizacije
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.04 |
Naravoslovje |
Kemija |
Organska kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P395 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kemija organokovinskih spojin |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
Mesoionic carbenes, triazolylidenes, cyclic, acyclic, tetradentate, complexes, iron, catalysis, polymerization, mechanistic studies
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
34350 |
dr. Aljoša Bolje |
Kemija |
Vodja |
2017 - 2019 |
45 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
21.023 |
Povzetek
Projekt temelji na nedavnih ugotovitvah, da imajo mezoionski karbeni (MICs), predvsem triazolilidenski (trzNHC; triazolijevi N-heterociklični karbeni), edinstveno sposobnost kompleksiranja kovin prehoda. Kompleksi s triazolijevimi NHC-ji se vedno bolj uporabljajo v homogeni katalizi s kovinami, kot tudi v fotofizikalne in biokemične namene. Ne glede na to, primanjkuje takih bi- in poli-dentatnih ligandov, predvsem na področju cikličnih predstavnikov. Ravno zato bomo poskusili pripraviti nove ciklične in aciklične tetradentatne MIC (mezoionsko karbenske) ligande z dvemi triazolilidenskimi in dvemi piridinskimi ali vsemi štirimi triazolilidenskimi donorji. Hkrati bomo določili njihove koordinacijske sposobnosti in lastnosti. Poleg tega bomo pripravili železove komplekse s temi MIC ligandi, da bi lahko študirali njihove elektronske lastnosti in katalitsko učinkovitost. Za železove komplekse so z vidika stabilnosti esencialnega pomena ravno večdentatni ligandi. S študijami s pomočjo modernih spektro-elektro kemijskih in magnetnih metod želimo razumeti katalitske in elektronske lastnosti pripravljenih spojin, kot tudi raziskati mehanizme katalitskih pretvorb. Polimerizacije bodo glavna skupina reakcij znotraj katalitskega dela projektnih študij. Študirali bomo s kovino katalizirano radikalsko polimerizacijo z živim radikalom, kjer bomo uporabili železo(II) kot vir kovine. Hkrati načrtujemo primerjati katalitske aktivnosti železovih(II) kompleksov z njihovimi rutenijevimi(II) analogi, ki jih bomo tudi pripravili. Upamo, da bomo sposobni uporabiti cenovno ugodnejše in dostopnejše ter v naravi bolj razširjeno železo za izvedbo zgoraj omenjenih kataliz. Železo je tudi relativno malo toksično in zaradi tega manj škodljivo za okolje. Potem ko bomo pridobili uspešne rezultate za osnovne substrate, oziroma monomere, bomo testirali najbolj aktivne katalizatorje tudi za funkcionalizirane substrate in substrate, ki so pomembni za kemično in farmacevtsko industrijo. Projekt temelji na modernem pristopu z racionalnim načrtovanjem novih katalizatorjev, saj vključuje principe že znanih področij organske sinteze za pridobivanje novih zahtevnih skupin ligandov in njihovo aplikacijo na področjih anorganske kemije, elektronskih struktur in katalize. Projekt bo celostno podprt s strani sodelujočih znanstvenikov znotraj Odseka za polimerno kemijo in tehnologijo, na Kemijskem inštitutu v Ljubljani in tudi z interakcijo vodje projekta z mednarodnimi sodelovanji iz projektov na področjih anorganske, organske, fizikalne in polimerne kemije ter fizike. Strokovno znanje raziskovalca v povezavi z znanjem Odseka za polimerno kemijo in tehnologijo bo omogočilo uspešno realizacijo tega modernega in sodobnega projekta. Od uspešno izvedenega projekta se pričakuje pomemben doprinos k razvoju organokovinske kemije, fizikalno anorganske kemije in katalize, predvsem polimerizacijske katalize z možnimi vplivi na kemično in farmacevtsko industrijo, molekularne materiale in tudi k uspešnemu usposabljanju. podoktorskega kandidata.
Pomen za razvoj znanosti
Čeprav je kataliza s kompleksi kovin prehoda izredno zanimiva z znanstvenega kot tudi industrijskega stališča, so raziskave in razvoj te panoge kemije še vedno v povojih. Poleg tega je zelo pomembno razvijati nove katalitske sisteme, kot tudi razumevati mehanizme takih reakcij za razvoj ustreznih katalizatorjev in sistemov za dotične reakcije. Od predlaganega projekta tako pričakujemo, da bo z razvojem novih organskih ligandov, izhajajočih iz N-heterociklični karbenov (NHC-jev), ki so primerni za koordinacijo kovin prehoda, tako ogromno prispeval k razvoju tega področja kemije. Bolj podrobno bi predlagane raziskave lahko pomenile veliko za razvoj področij kot so organokovinska in fizikalno anorganska kemija ter kataliza, predvsem na področju polimerov. Uspešna izvedba projekta bi lahko prikazala tudi izredno velik potencial organskih ligandov in organokovinskih spojin na področju katalize in sintezne kemije z možnimi vplivi na kemično in farmacevtsko industrijo ter na področje materialov. Cilji projekta zelo sovpadajo s trenutnimi trendi na področju kemije NHC ligandov. Ne glede na to pa projekt predstavlja tudi nekoliko manj raziskana področja tetradentatnih cikličnih in acikličnih ligandov, kateri vsebujejo triazolne NHC (trzNHC) C-donorje in heterociklične N-donorje. Poleg tega zaide tudi v nekoliko manj znan svet polimerizacij, kataliziranih z železom. Slednja kovina velja za okolju bolj prijazno in atraktivno in bi lahko postala tudi kovina prihodnosti. Ker gre pri tem projektu za interdisciplinarno naravo raziskovalne vsebine, pričakujemo, da bomo dobljene rezultate objavili v zelo kvalitetnih revijah s faktorjem vpliva. Raziskave bomo objavili tudi v revijah z odprtim dostopom. Pričakovan je relativno visok faktor vpliva zaradi tematike usmerjene v katalizo. Dolgoročni cilj tega projekta je, da bi se ti ligandi in kovinski kompleksi v prihodnje uveljavili na različnih vejah katalize in materialov.
Pomen za razvoj Slovenije
Kljub temu, da večina reakcij in procesov v industriji dandanes še vedno poteka s konvencionalnimi katalizatorji, so potrebe po novih predstavnikih in katalitskih sistemih nesporne. Premalo novih katalizatorjev je bilo razvitih, pa še ti so redko uporabljeni v današnjih industrijskih procesih. Ravno zato je potrebno razvijati nove spojine, ki bodo imele izboljšano katalitsko učinkovitost in širši spekter aplikacij. Zato je pomembno tudi načrtovanje novih ligandov za sintezo koordinacijskih kompleksov s kovinami prehoda. Iz tega razloga so omenjene bazične raziskave izredno pomembne, saj omenjene raziskave niso namen industrijskih raziskav. Kot alternativa, bi bilo zelo dobrodošlo uveljaviti to področje raziskav obširneje na akademskih ustanovah. Kratkoročni cilj tega projekta je uspešno zaključiti načrtovane raziskave z možnimi vplivi na kemično in farmacevtsko industrijo kot tudi industrijo materialov. S kovino katalizirana polimerizacija z živim radikalom je postala zelo popularna za sintezo kontroliranih polimerov z dobro definirano primarno strukturo kot tudi za sintezo naprednih struktur. Čeprav je železo do sedaj veljalo za manj aktivno kovino v primerjavi z nekaterimi drugimi, je zaradi svojih prednosti kot so možnost recikliranja, enostavna odstranitev iz produktov, manjša škodljivost za okolje in dobra razširjenost v zemeljski skorji zaseda vodilno vlogo med želenimi kovinami za katalizo. Ravno zaradi tega bi bil z železom kataliziran sistem polimerizacije z živim radikalom izredno atraktiven za aplikacijo na industrujski ravni, na primer za pripravo materialov ali za namene farmacevtske industrije. Tak katalitski sistem bi znižal stroške zaradi uporabe relativno poceni železa, hkrati pa bi bil bolj varen in bio-kompatibilen. Iznajdba in razvoj takih katalizatorjev bi lahko imele velik neposredni vpliv na ekonomijo in družbo. Razmislili bomo tudi o zaščiti s patentom in patentno prijavi, kjer bo smiselno in potrebno, zaradi splošnega zanimanja tematike predlaganega projektaja s strani industrije. Čeprav obstajajo rezerve za napredek na podroćju polimerizacijske katalize, bi po drugi strani katalitski sistem, ki temelji na relativno neškodljivi kovini, kar železo tudi je, promoviral s kovino katalizirano polimerizacijo z živim radikalom tudi za praktično uporabo v industriji.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
