Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Revealing the Elusive World of Main-Group Organometallic Chemistry: An Adventure with Computational Chemistry

Alternativ tittel: Til oppdagelsen av den unnvikende verden av hovedgruppe organometallisk kjemi: Et eventyr med beregninger

Tildelt: kr 11,8 mill.

Grignard-reaksjonen, oppdaget i 1900, danner karbon-karbonbindinger, et avgjørende trinn for syntesen av et stort utvalg av molekyler. Imidlertid må den opprinnelige prosessen, basert på et organisk magnesiumkloridderivat, forbedres og tilpasses de moderne kriteriene for syntetisk kjemi: reaksjoner med giftfrie forbindelser og milde forhold (ingen ekstrem temperatur eller trykk) og med maksimal selektivitet (minimale mengder uønskede produkter). Dette er mulig med en ny generasjon reagenser basert på giftfrie hovedgruppeelementer som Li eller Mg. På grunn av deres stadig skiftende strukturer i løsning er dessverre lite kjent om hvordan disse systemene fungerer. Denne mangelen på kunnskap hindrer nødvendig optimalisering av disse viktige reagensene. Ved hjelp av en fysisk passende modell av hele systemet i løsning, bestemte vi nylig strukturen til det solvatiserte Grignard-reagenset og dets reaktivitet. Denne beregningsstrategien skal brukes i dette prosjektet for å undersøke viktige varianter av denne forbindelsen, og dens reaksjoner. Det overordnede målet er å designe mer effektive reagenser under mildere eksperimentelle forhold, spesielt fra mye brukte forurensende organiske løsningsmidler til grønnere oppsett. Vi har begynt å karakterisere litiumklorid i eterisk løsning, og Grignard reagenset med forskjellige organiske grupper. Deretter, vil vi undersøke hvorfor tilsetning av LiCl til magnesiumreagenser forbedrer reaksjonene. Etterpå, vil vi optimalisere bruken av grønne løsningsmidler for Grignard reaksjonen. Til slutt vil prosjektet utforske muligheten mot utformingen av natriumbaserte reagenser. Det er Shangri-la for organometallisk kjemi, for sine minimale kostnader og praktisk talt ingen miljøpåvirkning.

We will use computational modelling based on ab initio molecular dynamics to acquire for the first time a rational structure-based control on the molecular features and reactivity patterns of alkali and alkaline-earth organometallic reagents. Main group organometallic compounds are complex chemical systems constituting potent, selective, and group-tolerant variants of the 120-year-old Grignard reagent. They are widely used in academic and industrial laboratories for the synthesis of a broad range of compounds. Despite their prominence, their molecular structures in solution and associated reaction mechanisms are little understood because of their dynamic nature. Recently, we presented a thorough computational investigation of the Grignard reaction (Peltzer et al., J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 2984). By using a physically appropriate representation of the dynamic and thermodynamic properties of both the solutes and solvent, we identified all solvated species and determined their associated reaction patterns. Exploiting this winning computational strategy, in this project we will tackle the ambitious task of characterising at the molecular level the structure and reactivity of important variants of the Grignard reagent. Exploiting the acquired insights, we will design new, more efficient reactive compounds and reaction conditions, moving in particular from standard polluting organic solvents to greener setups. Our study will include the synergistic effect of LiCl on the notorious polar organomagnesium Turbo-Grignard and Turbo-Hauser reagents, and on a Mg/Zn hybrid complex. In parallel, we will investigate the enhanced performance of pure Grignard reagents in a non-miscible mixture of organic and green deep eutectic solvents, and how these conditions can be better exploited by self-assembled surfactants. Finally, by studying the solubility of organosodium species in organic solvents, we will move a crucial step toward the use of an even greener, more abundant metal.

Aktivitet:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek