A napjainkig ismert királisan módosított heterogén katalizátorok közül két katalitikus rendszer vizsgálatának eredményeit mutattam be dolgozatomban. A két rendszer közös jellemzője a cinkona alkaloidok alkalmazása királis forrásként, amelyeket prokirális kiindulási anyagok enantioszelektív hidrogénezésében alkalmazott nemesfém-katalizátorok módosítására használtunk. Ugyancsak közös jellemző, hogy a felületmódosítás a reakcióközegben is elvégezhető, ami jelentősen egyszerűsíti a szükséges kísérleti eljárásokat, azonban megnehezítheti az eredmények értelmezését. A cinkona alkaloidokkal módosított Pt és Pd-katalizátorok további jellemzői merőben eltérők, kezdve ezek alkalmazásának lehetőségeitől és ebből kifolyólag a szükséges reakciókörülmények és a felületen kialakuló kölcsönhatások is mások. Így a reakciók mechanizmusainak értelmezése a két fémen teljesen más szemléletet igényel. Ennek megfelelően célszerűnek tűnt külön tárgyalni a két katalitikus rendszert, annak ellenére, hogy néhány közös vonása is van ezeknek, mint például a módosítók konformációs viselkedése oldatfázisban és fémfelületen. A két enantioszelektív katalitikus rendszerben elért figyelemre méltó eredmények rövid összegzését a 63. ábrán emeltem ki.
63. ábra Az eredmények rövid összefoglalása (piros: mindkét rendszerre vonatkozik, kék: Pt-katalizátoron, zöld: Pd-katalizátoron).
Cinkona alkaloidokkal módosított Pt-katalizátorokon aktivált ketonok hidrogénezése kiemelkedő enantioszelektivitást eredményez. Ennek a heterogén katalitikus rendszernek a tanulmányozása az alábbi következtetések levonását tette lehetővé.
(i.) Megállapítottuk, hogy az enantioszelektivitás irányáért a cinkona alkaloid molekula teljes egészének térállása, konformációja a felelős és nem csak a királis centrumok valamelyikének konfigurációja.
(ii.) Kimutattuk a módosító átalakulását aromás részének hidrogénezésével, ami felelős lehet a hosszabb reakciók végén tapasztalható enantioszelektivitás csökkenésért.
(iii.) Bebizonyítottuk merev, gyűrűs cinkona alkaloidok használatával, hogy zárt konformerek jelenléte nem szükséges az enantioszelektív hidrogénezésekhez.
(iv.) Egy gyűrűs éter cinkonaszármazék, -iCn, használatakor a közeg változtatásával elért inverzióval felhívtuk a figyelmet a mechanizmus és a felületi komplex szerkezetében lehetséges eltérésekre, amely alapján elképzelhető különböző típusú kölcsönhatások kialakulása savas prótikus és apoláris közegben.
(v.) Kimutattuk, hogy a módosító szerkezeti elemeinek kis eltérései jelentős hatással lehetnek az enantioszelektivitásra, ami függ az aktivált keton szerkezetétől is. A cinkona éterekkel elért nemlineáris viselkedés, ami a cinkona alkaloid adszorpciós erősségét mutatja, az alkaloidok kötődési módjának tulajdonítható.
(vi.) Bevezettük az ESI-MS használatát a módosító viselkedésének vizsgálatára, amely módosító‒
keton komplexek kimutatására is alkalmazható. Ugyanezzel a vizsgálati módszerrel kimutattuk szerves alumíniumoxonium-kationok jelenlétét.
(vii.) Először vizsgáltuk aktivált ketonok kompetitív hidrogénezését ebben a katalitikus rendszerben. A módosító jelenlétében a hidrogénezés sebessége megváltozott a különböző szerkezetű ketonok reakcióiban, attól függően, hogy a keton kapcsolódása a felületi királis centrumokhoz mennyire gátolt.
(viii.) A reakciót vizsgáltuk átáramlásos rendszerben, amelyik a cinkona alkaloidok adszorpciós erősségének gyors kimutatását tette lehetővé. A folyamatos rendszerben tanulmányoztuk a felületen kialakuló szerves adszorbeált réteg által okozott maradványenantioszelektivitást.
(ix.) Kiterjesztettük a reakció alkalmazhatóságát egy fluoratommal aktivált ketonok hidrogénezésére, illetve leírtuk az első dinamikus kinetikus rezolválást cinkona alkaloiddal módosított Pt-katalizátoron.
Cinkona alkaloidokkal módosított Pd-katalizátorok aktivált olefinek, elsősorban telítetlen savak hidrogénezésére használhatók. Mivel kutatásunk megkezdéséig ezt a katalitikus rendszert jelentősen kevesebbet vizsgálták, mint az előzőt, kísérleteink során alapvető összefüggéseket sikerült felfedni.
(i.) Kimutattuk a savak adszorpciójának módját és ezáltal az enantioszelektivitás irányát meghatározó szerkezeti elemeit.
(ii.) Bevezettük nem királis amin adalékok használatát alifás savak hidrogénezésében, amelyek reakcióiban még jelentősebb enantioszelektivitás-növekedést értünk el, mint fahéjsavak hidrogénezésében.
(iii.) Alifás savak hidrogénezésében a reakciókörülmények vizsgálatából következtettünk a felületen kialakuló átmeneti komplex szerkezetére.
(iv.) Kimutattuk és értelmeztük 2,3-difenilpropénsavak különböző helyzetben található szubsztituenseiknek hatását az enantioszelektivitásra.
(v.) A fémfelületen átalakuló funkciós csoportok használatával kimutattuk a 2,3-difenilpropénsavak adszorpciójának módját a fémfelületen és értelmeztük a különböző helyzetű szubsztituensek hatását az enantioszelektivitásra.
(vi.) Cinkona alkaloid éterek és más származékok használatával kimutattuk a felületi királis helyek alakjának fokozatos változását a szubsztituens méretének változtatásával, amely akár az enantioszelektivitás irányának megfordulásához is vezethet.
(vii.) Kiterjesztettük a reakció alkalmazhatóságát addig nem vizsgált, változatos szerkezetű telítetlen savak enantioszelektív hidrogénezésére, dehidroaminosav-származékok,
heterociklusos telítetlen savak vagy egy -helyzetben királis centrumot tartalmazó sav előállításának a reakciói is enantioszelektívnek bizonyultak.
(viii.) Előállítottunk új típusú hordozók használatával Pd-katalizátorokat, amelyekkel enantioszelektíven hidrogéneztünk telítetlen savakat.
(ix.) Elsőként írtuk le telítetlen savak enantioszelektív hidrogénezését áramlásos rendszerben állóágyas reaktorba helyezett királis Pd-katalizátorral.
(x.) Mindkét savtípus esetében az eredmények alapján javasoltunk átmeneti komplex szerkezeteket, valamint értelmeztük az adalékként használt nem királis amin szerepét a reakciókban.
Végül a fenti két aszimmetrikus heterogén katalitikus rendszert olyan kaszkádreakciók kivitelezésére alkalmaztuk, amelyek enantioszelektív lépése a királis felületen lejátszódó hidrogénezés.
(i.) Cinkonidinnel módosított Pd-katalizátorral 3-(2-nitrofenil)-2-fenilpropénsav-származékok részlegesen telített 3-fenil-2-kinolonokat eredményezett enantioszelektív hidrogénezés, nitrocsoport redukció és gyűrűzárás reakciósort követően, de a nitrocsoport helyzetéből adódóan, csak kis enantioszelektivitással.
(ii.) Pt-katalizátoron a 2-nitrofenil-piroszőlősav észterek reakciója 3-hidroxi-2-kinolon-származékok képződése felé irányítható cinkona alkaloid módosító jelenlétében, amely származékok nagy arányban és jó enantioszelektivitással állíthatók elő. A kinolonszármazékok keletkezésével járó, enantioszelektív hidrogénezést, nitrocsoport redukciót és gyűrűzárást tartalmazó reakciósor szelektív lejátszódása a módosító többszörös hatásának tulajdonítható.
Ugyanakkor a nitrocsoport is szerepet játszik a nagy enantioszelektivitások elérésében.
A dolgozatban bemutatott eredmények egy része néhány összegző közleményben is megtekinthető, amelyekben ezek újdonságát és jelentőségét hangsúlyoztuk [S65-S68]. Végül összefoglalásként megemlíthető, hogy mindkét heterogén királis katalitikus rendszerben elért eredmények meghatározónak bizonyultak a reakciók további tanulmányozásának szempontjából, ezek felhasználása a reakciókkal foglalkozó kutatócsoportok által, nyomon követhető a szakirodalomban.