Napredna organska sinteza in kataliza
P1-0179
Trajanje: 1.1.2020 - 31.12.2025
Vodja:
prof. dr.
Svete Jurij
Asimetrična organokataliza je uporaba majhnih kiralnih organskih molekul (organokatalizatorjev), ki stereoselektivno katalizirajo tvorbo vezi C–C in C–X. Do preboja asimetrične organokatalize in njenega eksponentnega razvoja prišlo šele leta 2000 s prelomnima deloma Benjamina Lista in Davida W. C. MacMillana, za kar jima je bila leta 2021 podeljena Nobelova nagrada za kemijo. Izrazita prednost organokatalizatorjev je odsotnost potencialno strupenih kovin, obstojnost v prisotnosti kisika in vlage ter enostavna sintezna dostopnost iz naravnih spojin kiralnega bazena. V naši skupini se ukvarjamo z razvojem novih, zlasti nekovalentnih bifunkcionalnih organokatalizatorjev na osnovi vodikovih vezi. Uveljavljeni bifunkcionalni organokatalizatorji so zasnovani na peščici privilegiranih kiralnih skeletov kot so alkaloidi kininovca ter derivati aminokislin, cikloheksan-1,2-diamina, 1,2-difenil-1,2-diamina in 1,1'-binaftila. Mi pa smo razvili učinkovite nekovalentne organokatalizatorje na osnovi 1,3-diaminskih derivatov kafre za adicijo 1,3-dikarbonilnih spojin in pirolonskih heterocikličnih nukleofilov na derivate trans-β-nitrostirena. Poleg tega se ukvarjamo tudi z razvojem novih potencialnih donorjev vodikovih vezi kot alternativa uveljavljenim (tio)sečninskim in (tio)skvaramidnim donorjem. Drug sklop raziskav predstavljajo organokatalizirane asimetrične derivatizacije heterociklov do 3D bogatih produktov. Pri tem se ovrednotijo tako uveljavljeni kot novi organokatalizatorji. Oba sklopa raziskav spremlja študij mehanizma delovanja organokatalizatorjev v konkretnih pretvorbah.
Fotokataliza z vidno svetlobo se je v zadnjem desetletju razvila v široko uporabljeno metodo v organski sintezi. Svetloba omogoča različne fotokatalitske pretvorbe za številne pomembne transformacije, kot so reakcije navzkrižnega spajanja, funkcionalizacije α-amino, cikloadicije, reakcije ATRA in fluoriranja. Fotokatalitske reakcije potekajo pod blažjimi reakcijskimi pogoji, običajno pri sobni temperaturi, stehiometrične reagente pa nadomestijo preprosti oksidanti ali reducenti, kot so zrak, kisik ali amini. Ali fotokataliza z uporabo vidne svetlobe vpliva na organsko sintezo? Možnost prenosa elektronov naprej in nazaj do substratov in intermediatov ali selektivnega prenosa energije s pomočjo fotokatalizatorja, ki absorbira vidno svetlobo, obeta izboljšavo sedanjih postopkov v radikalni kemiji in odpira nove poti z dostopom do reaktivnih zvrsti, ki doslej niso bile znane, zlasti z združitvijo fotokatalize z organsko ali kovinsko katalizo. V naši programski skupini se trenutno ukvarjamo s fotokemijskimi in fotoredoks pretvorbami 3-pirazolidinonov, 3-pirazolidinon-1-azometin iminov ter fluorescentnih cikloaduktov z bakrom kataliziranih azometin imin–alkin cikloadicij (CuAIAC), raziskave pa širimo tudi na področje reakcij ATRA, fotociklizacij in fotokemijskih cikloadicij.
Sinteza kemijsko razgradljivih in obnovljivih organskih materialov temelji na uporabi predhodno pridobljenega znanja in dolgoletnih izkušenj pri raziskovanju kemije enaminonov (vinilognih amidov), ki so široko uporabljani difunkcionalni reagenti v organski sintezi. Nasprotno pa njihovi polimerni analogi (polienaminoni) ostajajo malo raziskani. Pred kratkim smo v naši raziskovalni skupini pokazali, da lahko polienaminone sintetiziramo tudi s kislinsko kataliziranim transaminiranjem bis-enaminonov. Na ta način smo pripravili optično aktivne polienaminone z zanimivimi absorbcijskimi lastnostmi, ki jih je moč tudi kemijsko enostavno razgraditi ali celo obnoviti. Kemijsko obnovljivi polimeri so tudi skladni s krožnim gospodarstvom, kar je ključnega pomena v prizadevanju za trajnostni razvoj po vsem svetu. V nadaljevanju naših raziskav na področju polienaminonov našo pozornost osredotočamo tudi na redoks aktivne polienaminone, ki bi bili uporabni v sistemih za shranjevanje in pretvorbo energije, kar bi tudi pripomoglo k zmanjšanju odvisnosti od fosilnih virov energije.
Biokemija in bioorganska kemija programske skupine sta usmerjena v razvoj inhibitorjev encimov, ki temelji pretežno na strukturah malih organskih molekul, ki jih sintetiziramo v okviru naših sinteznih študij na področju organske kemije. Na osnovi rezultatov testiranja biološke aktivnosti omenjenih malih molekul na inhibitorno aktivnost in hkratnega in silico testiranja poskušamo predvideti ustrezne interakcije malih molekul z makromolekulami (predvsem encimi) za racionalno načrtovanje inhibitorjev. V tem sklopu smo do sedaj uspeli sintetizirati inhibitorje človeških cisteinskih katepsinov in inhibitorje dihidroorotat dehidrogenaze iz Plasmodium falciparum (povzročitelj malarije). Med tarčnimi encimi, ki jih v sklopu programske skupine proučujemo, so predvsem proteaze – encimi, ki katalizirajo cepitev peptidne vezi. Osredotočamo se zlasti na cisteinske proteaze iz družin kaspaz (zlasti metakaspaz) in papain podobnih peptidaz (cisteinski katepsini). Pri teh encimih poskušamo z različnimi biokemijskimi metodami raziskati mehanizme in vloge teh proteinov pri različnih fizioloških in patofizioloških procesih. Hkrati z metodami rekombinantne DNA ustvarjamo proteaze, ki v naravi še ne obstajajo in na ta način ustvarjamo nove encime z želenimi lastnostmi.
Podrobnejše informacije so dostopne na spletni strani programske skupine https://www.p1-0179.fkkt.uni-lj.si/.