Analiza przebiegu reakcji degradacji rutenowych katalizatorów metatezy

Niniejszy projekt ma na celu dogłębne zbadanie ścieżki reakcji dekompozycji rutenowych katalizatorów do metatezy olefin. Planujemy zbadać możliwe szlaki reakcji zarówno powszechnie stosowanych jak i nowych katalizatorów metatezy przy pomocy metod obliczeniowych.

Reakcja metatezy olefin jest jednym z najbardziej użytecznych narzędzi we współczesnej syntezie organicznej. W tym procesie do precyzyjnego tworzenia nowych wiązań podwójnych C=C, wymagane są katalizatory bazujące na metalach przejściowych. Najbardziej popularną grupą związków o tym zastosowaniu są katalizatory Grubbsa oraz Hoveydy-Grubbsa, bazujące na rutenie. Jednak pomimo ogromnej użyteczności tej reakcji i trwałości katalizatorów okazuje się, że w trakcie tego procesu zachodzą również reakcje niepożądane, takie jak degradacja kompleksów rutenowych. Pomimo tego, że temat dekompozycji tego typu katalizatorów był niejednokrotnie podejmowany w literaturze, brak jest jednoznacznie określonych mechanizmów jego przebiegu. Z uwagi na ogromną popularność reakcji metatezy oraz powszechną dostępność katalizatorów do tej reakcji, oczywistym wydaje się rozwiązywanie problemów związanych z reakcjami ubocznymi towarzyszącymi metatezie. Badacze zauważyli, że w tej reakcji obok oczekiwanych produktów, powstają także produkty izomeryzacji olefin oraz niepożądane produkty tego procesu. Ponadto, zmniejszeniu uległa również liczba TONs (ang. Turnover Number, ilość cykli katalitycznych), co najprawdopodobniej związane jest z degradacją katalizatorów.

Przedstawiony projekt w całości będzie realizowany przy użyciu technik obliczeniowychwspółczesnych metod funkcjonału gęstości. Zbadamy właściwości elektronowe rozważanych kompleksów oraz energię swobodną poszczególnych etapów reakcji. Korzystając ze znanych katalizatorów rutenowych i ich struktur krystalograficznych, zbudujemy badane kompleksy, a stworzone w ten sposób struktury zostaną przez nas przebadane pod kątem optymalnej geometrii, stabilności i właściwości elektronowodonorowych.

Poznanie mechanizmów dekompozycji pozwoli wyjaśnić zachodzące reakcje uboczne, jak również umożliwi poznanie słabych punktów obecnie stosowanych katalizatorów. Dzięki wynikom otrzymanym w ramach tego projektu badawczego, możliwe będzie podanie pełnej charakterystyki możliwych ścieżek degradacji katalizatorów rutenowych oraz opracowanie ogólnej metodologii, która będzie stosowana w przyszłości do projektowania nowych katalizatorów. Ponadto, uzyskane informacje pozwolą na projektowanie nowych, bardziej wydajnych katalizatorów, które będą trudniej ulegały reakcji degradacji.