Mechanistic Studies of Halenium-Alkene Additions for Chemical Catalysis
化学催化中铯-烯烃加成机理研究
基本信息
- 批准号:2154923
- 负责人:
- 金额:$ 60万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-07-01 至 2026-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
With the support of the Chemical Catalysis Program in the Division of Chemistry, Professors Babak Borhan and James E. Jackson of Michigan State University are studying new methods to control the three-dimensional structure and "handedness" of products in reactions that generate carbon-halogen and carbon-nucleophile bonds in the same operation. The products of these reactions serve as important chiral building blocks for many applications, for example, for the synthesis of pharmaceutically active agents or of agrochemicals. The Borhan-Jackson teams are working to expand and refine methods to catalyze the formation of a wide range of compounds of a specific desired handedness from much simpler starting substances. Sophisticated analysis techniques will be brought to bear on the areas of study such that superior catalysts can be rationally designed, in contrast to the essentially trial-and-error approaches used in the past. Ultimately, it is anticipated that this work will lead to more efficient processes for the manufacture of chiral molecules of importance to science, engineering, medicine, and commerce. The broader impacts of the funded project will extend to allowing the two PIs and their coworkers to recruit, train, and scientifically stimulate high school and undergraduate students in the laboratory via programs such as Project SEED. The involvement of these early stage science students many of whom belong to groups underrepresented in the physical sciences, in a dynamic, international lab and learning community, has the potential to help diversify the pool of students considering future STEM (science, technology, engineering and mathematics)-based study and careers.Halofunctionalizations of alkenes have recently joined the list of broadly applicable and genuinely useful chemical transformations that can be achieved in an enantioselective manner using chiral catalysis. However, to date, the most effective catalysts for asymmetric halenium-alkene addition processes, for example the well-known cinchona alkaloid dimer (DHQD)2PHAL, have been identified largely on an empirical basis. This collaborative project focuses on detailed mechanistic analyses of important classes of halofunctionalization reactions with the goal of enabling the rational design of simplified and practical new catalysts that are both affordable and highly selective. The approach taken is multi-faceted and involves examination of reaction kinetics, isotopic label tracing, kinetic isotope effects, quantum chemical models, and spectroscopic and structural analyses, with particular attention to the interactions among substrate alkenes, halogenation agents, and catalyst reactive sites. With an emphasis on allylamides, the investigative team will survey intramolecular halocyclizations and intermolecular halofunctionalizations, derive rate laws for each class of reaction, and determine the factors that control the mechanistic pathways. The alkene additions of interest form two new stereocenters in one step, potentially giving rise to four structurally distinct chiral products, or even eight when both regiochemical possibilities may be accessed. Coming from simple olefinic starting materials, this diversity of complex, functional group rich products is valuable, but only if the selectivity can be controlled. This research aims to provide the intellectual foundation needed to achieve generalized catalyst and process design, accelerating discovery based upon mechanistic understanding. If successful, these collaborative experimental/mechanistic studies will provide a useful model for the design and development of stereoselective catalysts well beyond the halenium-alkene addition reactions under study here.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在化学系化学催化项目的支持下,Babak Borhan教授和James E。密歇根州立大学的杰克逊正在研究新的方法,以控制在同一操作中产生碳-卤素键和碳-亲核键的反应中产物的三维结构和“手性”。这些反应的产物作为重要的手性结构单元用于许多应用,例如用于合成药物活性剂或农用化学品。Borhan-Jackson团队正在努力扩展和改进方法,以催化从更简单的起始物质形成各种特定所需手性的化合物。与过去使用的基本上是试错法的方法相比,先进的分析技术将对研究领域产生影响,从而可以合理地设计出上级催化剂。最终,预计这项工作将导致更有效的工艺,用于制造对科学,工程,医学和商业具有重要意义的手性分子。资助项目的更广泛影响将扩展到允许两个PI及其同事通过项目SEED等项目在实验室招募,培训和科学地刺激高中和本科生。这些早期科学学生中的许多人属于物理科学中代表性不足的群体,在一个充满活力的国际实验室和学习社区中的参与,有可能有助于使考虑未来STEM的学生群体多样化(科学、技术、工程和数学)-烯烃的卤代官能化最近加入了广泛适用和真正有用的化学品的名单,在一些实施方案中,手性催化剂可以是可以使用手性催化以对映选择性方式实现的非对映异构体转化。然而,迄今为止,用于不对称卤-烯烃加成过程的最有效的催化剂,例如众所周知的金鸡纳生物碱二聚体(DHQD)2 PHAL,已经在很大程度上在经验基础上被鉴定。这个合作项目的重点是详细的卤官能化反应的重要类别的机理分析,使简化和实用的新催化剂,既负担得起的和高选择性的合理设计的目标。所采取的方法是多方面的,包括检查反应动力学,同位素标记示踪,动力学同位素效应,量子化学模型,光谱和结构分析,特别注意底物烯烃,卤化剂和催化剂反应位点之间的相互作用。以烯丙基酰胺为重点,调查小组将调查分子内卤环化和分子间卤官能化,推导出每类反应的速率定律,并确定控制机械途径的因素。感兴趣的烯烃加成在一个步骤中形成两个新的立体中心,潜在地产生四种结构上不同的手性产物,或者当可以访问两种区域化学可能性时甚至八种。从简单的烯烃起始原料出发,这种复杂的、富含官能团的产品的多样性是有价值的,但前提是选择性可以控制。本研究旨在提供实现广义催化剂和工艺设计所需的知识基础,加速基于机理理解的发现。如果成功的话,这些合作实验/机理研究将为设计和开发立体选择性催化剂提供一个有用的模型,远远超出了本文所研究的卤-烯烃加成反应。该奖项反映了NSF的法定使命,并被认为值得通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估来支持。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Babak Borhan其他文献
Mimicking Microbial Rhodopsin Isomerization
- DOI:
10.1016/j.bpj.2017.11.3153 - 发表时间:
2018-02-02 - 期刊:
- 影响因子:
- 作者:
Alireza Ghanbarpour;Muath Nairat;Meisam Nosrati;Elizabeth Santos;Chrysoula Vasileiou;Babak Borhan;James Geiger - 通讯作者:
James Geiger
Investigate the Existence of Domain Swapped Dimer in iLPB Family
- DOI:
10.1016/j.bpj.2018.11.2567 - 发表时间:
2019-02-15 - 期刊:
- 影响因子:
- 作者:
Nona Ehyaei;Zahra Assar-Nossoni;James H. Geiger;Babak Borhan - 通讯作者:
Babak Borhan
Reversible Michael Addition of an Engineered Cysteine Residue to a Light Activated Ligand, a New Design Strategy for a Synthetic Photoswitchable Fluorescent Protein
- DOI:
10.1016/j.bpj.2020.11.2251 - 发表时间:
2021-02-12 - 期刊:
- 影响因子:
- 作者:
Soham Maity;Wei Sheng;Nona Ehyaei;Thomas E. Kimmel;James H. Geiger;Babak Borhan - 通讯作者:
Babak Borhan
Laser Flash Photolysis study on Photochemistry of Rhodopsin Mimics
视紫红质模拟物光化学的激光闪光光解研究
- DOI:
- 发表时间:
2013 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Keiichi Inoue;Yuuya Ozaki;James H. Geiger;Babak Borhan;Hideki Kandori - 通讯作者:
Hideki Kandori
Role of Water Molecules in the Wavelength Regulation of Photo Switchable Rhodopsin Mimic (hCRBPII)
- DOI:
10.1016/j.bpj.2019.11.2047 - 发表时间:
2020-02-07 - 期刊:
- 影响因子:
- 作者:
Nona Ehyaei;Zahra Nossoni;Hadi Nayebi Gavgani;Meisam Nosrati;Wenjing Wang;Joelle Eaves;Mustapha Akhdar;Chrysoula Vasileilou;Babak Borhan;James H. Geiger - 通讯作者:
James H. Geiger
Babak Borhan的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Babak Borhan', 18)}}的其他基金
Point-to-Axial Chirality Transfer: Enabling Stereochemica Determinations and Enantioselective Reactions
点到轴手性转移:实现立体化学测定和对映选择性反应
- 批准号:
2247261 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Standard Grant
Point-to-Axial Chirality Transfer: Enabling Stereochemical Determinations and Enantioselective Reactions
点到轴手性转移:实现立体化学测定和对映选择性反应
- 批准号:
1856335 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Standard Grant
Mechanistic Studies of Halenium-Alkene Additions for Chemical Catalysis
化学催化中铯-烯烃加成机理研究
- 批准号:
1362812 - 财政年份:2014
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Standard Grant
Receptor Mediated Circular Dichroism Spectroscopy
受体介导的圆二色光谱
- 批准号:
1213759 - 财政年份:2012
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Standard Grant
Chiral Halenium Ions for Enantioselective Chemical Processes
用于对映选择性化学过程的手性铪离子
- 批准号:
0957462 - 财政年份:2010
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Standard Grant
CAREER: Receptor Mediated Circular Dichroism Spectroscopy
职业:受体介导的圆二色光谱
- 批准号:
0094131 - 财政年份:2001
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Continuing Grant
相似国自然基金
复杂电子产品超精密加工及检测关键技术研究与应用
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
基于合成生物学的动物底盘品种优化及中试应用研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
运用组学整合技术探索萆薢分清散联合化疗治疗晚期胰腺癌的临床研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
九里香等提取物多靶向制剂抗肺癌的作用及机制研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
升血小板方治疗原发免疫性血小板减少症的临床研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
八髎穴微波热疗在女性膀胱过度活动症治疗中的价值研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
基于 miR-455-5p 介导的氧化应激机制探讨糖尿病视网膜病变中医分型治疗的临床研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
基于 UPLC-Q-TOF-MS/MS 分析的 异功散活性成分评价及提取工艺研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
无创电针对于痉挛型双瘫脑 瘫患儿的有效性与安全性研究:一项随机 单盲前瞻性队列研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
弹压式手法与体外冲击波治疗肱骨外上髁炎的对比研究
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
相似海外基金
Development of B cell functional studies on primary antibody deficiencies
一抗缺陷 B 细胞功能研究的进展
- 批准号:
502607 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Experimental and numerical studies on internal erosion of granular soils
颗粒土内部侵蚀的实验与数值研究
- 批准号:
DE240101106 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Discovery Early Career Researcher Award
北欧諸国における男女間賃金格差是正への取組みと賃金透明化制度の役割に関する研 究
北欧国家纠正性别工资差距的努力和工资透明制度的作用研究
- 批准号:
24K15587 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
ニコラウス・ペヴスナーの福祉社会デザインの研究
尼古拉斯·佩夫斯纳的福利社会设计研究
- 批准号:
24K15643 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
実用化を目指した室温磁気センサを用いた心磁図による心筋電気活動の可視化の研究
基于室温磁传感器的心磁图心肌电活动可视化研究及其实际应用
- 批准号:
24K15719 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
COPDと肺気腫の非侵襲的在宅呼吸計測技術に関する研究
COPD及肺气肿无创家庭呼吸测量技术研究
- 批准号:
24K15849 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
ECMOの人工肺において結露対策専用に開発された温風装置の基礎研究と臨床評価
专为防止 ECMO 氧合器肺部冷凝而开发的热风装置的基础研究和临床评估
- 批准号:
24K15873 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
女性リンパ浮腫患者におけるリンパ浮腫コントロール感に関する研究
女性淋巴水肿患者淋巴水肿控制感研究
- 批准号:
24K13949 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
メタバース空間を活用した実践的なセクシュアルヘルスリテラシーに関する研究
利用元宇宙空间开展实用性健康素养研究
- 批准号:
24K13961 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
炎症性腸疾患女性の恋愛・結婚に関する研究
炎症性肠病女性的爱情与婚姻研究
- 批准号:
24K13988 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 60万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)