Projekti / Programi
Organska kemija: sinteza, struktura in aplikacija
01. januar 2015
- 31. december 2021
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P390 |
Naravoslovno-matematične vede |
Organska kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
Sinteza; kataliza; oksidacija; redukcija; cikloadicija; desimetrizacija; tvorba C-C in C-N vezi; kovine prehoda; vodikov trioksid; ozon; singletni kisik; organokovinske spojine; gramin; talidomid; biciklo/2.2.2/okteni; molekulska sonda; fluorescenca; neurodegenerativne bolezni; FDDNP-PET
Raziskovalci (26)
Organizacije (1)
Povzetek
Razvoj novih sinteznih metod in strategij, še posebej takšnih, ki potekajo z veliko atomsko ekonomičnostjo in so skladni z načeli trajnostnega razvoja, je nujen za načrtovanje in pripravo novih spojin z velikim pomenom na področju znanosti o materialih in medicine. Prvenstveni cilj našega raziskovalnega predloga je razvoj zelo učinkovitih sodobnih kemijskih metod, ki vključujejo organsko in kovinsko katalizo. Posvetili se bomo tudi pripravi spojin za biomedicinsko uporabo. Na osnovi našega ekspertnega znanja v sintezi predlagamo naslednja raziskovalna področja.
1) Pred kratkim smo poročali o enostavni pripravi piridil 1,2,3-triazolijevih kationov 1 (Sl. 1, priloga) [Org. Lett. 2013, 15, 5084], zato nameravamo raziskati uporabnost teh spojin kot N^C bidentatnih piridil-triazol N-heterocikličnih karbenskih (Py-trzNHC) ligandov za kovine prehoda, pri čemer naj bi nastali kompleksi 2. Pozornost bomo usmerili na komplekse 2 s Cu, Ru, Ir, Os, Pd in Pt. Naš primarni cilj bo raziskati uporabnost Py-trzNHC v katalizi in biokemiji. Tako bomo preučili možnosti, da spojine 2 delujejo kot katalizatorji za oksidacije, redukcije, tvorbe C–C in C–N vezi idr. Izbranim spojinam bomo določili morebitne antitumorske in antibakterijske aktivnosti.
2) Naše odkritje, da metiltrioksorenij(VII) (MTO) katalizira pretvorbe hidrotrioksidov v HOOOH [J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 14086; Chem. Rev. 2013, 113, 7930], nam bo omogočilo podrobne študije kemizma tega polioksida. Zlasti želimo raziskati MTO-katalizirane adicije HOOOH na ketone in selektivne nizkotemperaturne oksidacije organskih substratov s HOOOH. Podrobno bomo preučili mehanizme teh reakcij kot tudi mehanizme reakcij HOOOH z ozonom, singletnim kisikom in superoksidnim anionom. Študirali bomo tudi vrinjanje ozona v vezi RM–H (M=kovina) in kemizem nastalih intermediatov.
3) Izkušnje s področja Diels–Alderjeve reakcije (pripojenih)piran-2-onov, pri katerih nastanejo biciklo[2.2.2]okteni [J. Org. Chem. 2009, 74, 6303; J. Org. Chem. 2012, 77, 2857], nam bodo omogočile raziskati uporabnost 3a kot prekurzorjev za tvorbo simetričnih tetraestrov [Eur. J. Org. Chem. 2011, 3368] in tetrakislin 3b z različnimi ekso,endo-strukturami in preučiti nadaljnje pretvorbe do ustreznih tetraolskih derivatov 3c (Sl. 2). Pod (organo)katalitskimi pogoji bomo poizkusili izvesti desimetrizacije prokiralnih spojin 3a–c, npr. v 3d.
4) Od našega začetnega odkritja spojine FDDNP (Sl. 3) in njene uspešne uporabe pri pozitronski emisijski tomografiji (PET) kot molekulske sonde za nedestruktivno diagnozo Alzheimerjeve bolezni [Acc. Chem. Res. 2009, 42, 842], poskušamo izboljšati sposobnost sonde za označevanje proteinskih agregatov [Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 16492]. Sedaj nameravamo modificirati strukturo spojine vodnice tako, da bomo povečali razdaljo med donorskimi in akceptorskimi skupinami in uvedli heteroatome v aromatski obroč. Predvidevamo, da se bodo vezne interakcije s proteinskimi agregati še izboljšale.
Pomen za razvoj znanosti
Predlagani projekt bo pripomogel k širitvi znanja na najbolj pomembnih področjih kemije, kot so organska sinteza, kemija zdravil in kataliza (homogena in heterogena kataliza; reakcije, katalizirane s prehodnimi kovinami; organokataliza; enantioselektivna kataliza). Na podlagi naših dosedanjih bogatih izkušenj v organski sintezi bomo še naprej razvijali metode zelene kemije, s ciljem zaščite našega okolja (zeleni reakcijski mediji, tehnike uporabe mikrovalov, visok tlak do 20 kbar itd.). Iskali bomo nove katalitske sisteme, ki jih bo možno reciklirati in bodo omogočali učinkovite pretvorbe funkcionalnih skupin v okoljsko sprejemljivih topilih (vključno z vodo) in brez uporabe posebnih tehnik. Pripraviti nameravamo nove gradnike in razviti nove sintezne metode, vključno z enantioselektivnimi sintezami. Dodatno nameravamo razjasniti potek novoodkritih reakcij, uporabljenih v organski sintezi, in pripraviti nove tipe biološko aktivnih spojin. Pridobljeni rezultati iz poznavanja sinteze, strukture in reaktivnosti pripravljenih spojin in katalizatorjev so pomembni tako za osnovne raziskave, kot tudi v atmosferski in okoljski kemiji ter biologiji in medicini. Predlagan projekt, ki bo vključeval tudi sintezo, karakterizacijo in uporabo novih molekularnih sond za medicinske raziskave, bo vodil tudi do novih orodij, uporabnih v medicinskih raziskavah in diagnostiki, hkrati pa nam bo omogočil razložiti osnovne procese, ki vodijo do nevroloških bolezni.
Pomen za razvoj Slovenije
Razvoj novega znanja (novih metod, katalizatorjev, intermediatov in novih uporabnih spojin) je za Slovenijo izjemno pomemben, zlasti, če želimo zaščititi naše okolje in hkrati pomagati industriji, da se seznani z najnovejšimi razvojnimi trendi na področju temeljnih raziskav in tudi pri razvoju zelenih aplikacij za industrijske namene. Zlasti nameravamo izboljšati aplikativno znanje, ki je v Sloveniji še vedno na le povprečnem nivoju in ga hkrati približati slovenskim podjetjem. Zelo verjetno je namreč, da se bodo študenti, ki bodo sodelovali v raziskovalnem procesu, kasneje zaposlili v enem izmed farmacevtskih ali drugih podjetij, kjer njihovo znanje iz dneva v dan postaja vedno bolj nepogrešljivo. Naše tesne vezi z raziskovalnimi skupinami po vsem svetu bodo omogočile multidisciplinarne pristope, kar bo še dodatno pripomoglo k dvigu izobrazbe naših študentov in mladih raziskovalcev, saj bodo lahko s pomočjo mednarodnih štipendij vzdrževali oziroma vzpostavljali nove stike z najboljšimi raziskovalnimi skupinami po svetu. Povabila za plenarna in druga vabljena predavanja na pomembnih mednarodnih konferencah, univerzah in inštitutih so zelo pomemben dejavnik za promocijo slovenske znanosti. Ravno tako s članstvom v upravnih odborih in delovnih skupinah v okviru programov COST, v različnih bilateralnih in drugih programih ter s pridobivanjem tujih raziskovalcev in doktorskih študentov in s članstvom v uredniških odborih znanstvenih revij še dodatno dvigujemo ugled Slovenije v svetu znanosti.
Naše raziskovalno delo je tesno vključeno v že obstoječe institucionalne in še posebej nacionalne in mednarodne raziskovalno-razvojne (R&D) programe in projekte. Z razvijanjem novih materialov, novih industrijskih postopkov in orodij ter njihove optimizacije s pomočjo pogodbenega sodelovanja z industrijo skrbimo za dosledno sledenje prioritetam v slovenskih in mednarodnih raziskavah. Ker smo skupina z zelo širokimi izkušnjami in znanjem, razvijamo interdisciplinarne metode, ki bodo verjetno v prihodnosti našle široko uporabo v naših industrijskih podjetjih. Del našega raziskovalnega programa je tesno povezan s potrebami industrije, kar se zlasti odraža v razvoju industrijsko pomembnih reakcij (zelena kataliza itd.) in produktov (npr. rosuvastatin, ki smo ga razvili v sodelovanju z Lek/Sandoz ali pa potencialnih FabF in FabH inhibitorjev ter različnih mednarodno patentiranih produktov (gl. 14.1, 14.2 in 14.4), vključno z razvojem novih sond za medicinske raziskave in diagnostiko nevrodegenerativnih bolezni, ki smo jih razvili v sodelovanju z Department of Medical and Molecular Pharmacology, UCLA, ZDA, in z našimi kolegi s Fakultete za medicino Univerze v Ljubljani).
Kot del pedagoške inštitucije bomo naše znanje prenašali na študente. Učili jih bomo tako rutinskih kot tudi posebnih tehnik, ki so potrebne v raziskovalnem okolju na akademskem nivoju, pa tudi v situacijah, v katerih se bodo znašli, na svojih delovnih mestih v industriji.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
