Foto-elektro katalýza pre selektívnu aktiváciu organických molekúl

Abstrakt: 

Organická fotochémia a elektrochémia prežívajú v posledných rokoch renesanciu - vo forme fotoredoxnej katalýzy a elektrokatalýzy. Paralely existujúce vo fundamentálnom mechanizme týchto dvoch módov aktivácie organických molekúl: aktivácia jednoelektrónovými transfermi, možnosť ladiť injektovanú aktivačnú energiu dobre definovanými veličinami (energia fotónov v prípade fotokatalýzy a elektródový potenciál v prípade elektrokatalýzy) umožňujú spojenie fotokatalýzy a elektrokatalýzy do efektívneho kooperatívneho katalytického systému. Cieľom tohoto projektu je vývoj nových syntetických metód založených na foto-elektrokatalýze pre selektívnu aktiváciu organických molekúl.

Odbor: 
organická chémia
Vedecká časť: 

V teoretickej časti projektu budú využité kvantovo-chemické výpočtové metódy ako DFT a TD-DFT, ako aj presnejšie post-DFT metódy (DLPNO-CCSD(T)) pri návrhu nových katalyzátorov pre foto-elektrokatalýzu. Zároveň budeme využívať výpočtové metódy na objasnenie mechanizmov foto-elektrokatalyzovaných reakcií a to najmä tam, kde experimentálne metódy neumožňujú priame skúmanie krátko žijúcich tranzientných intermediátov. Súčasťou tohoto projektu je aj benchmarking štúdia nových DFT a post-DFT metód pre výpočet redoxných potenciálov organických molekúl.

Súvisiace publikácie:
1: Neumeier M., Sampedro D., Májek M., de la Peña O'Shea V. A., Jacobi von Wangelin A., Pérez-Ruiz R.; „Dichromatic Photocatalytic Substitutions of Aryl Halides with a Small Organic Dye“ Chem. Eur. J. 2018, 24, 105.
2: Májek M., Neumeier M., Jacobi von Wangelin A.; “Aromatic Chlorosulfonylation by Photoredox Catalysis" ChemSusChem 2017, 10, 151.
3: Májek M., Jacobi von Wangelin A.; “Mechanistic Perspectives on Organic Photoredox Catalysis for Aromatic Substitutions” Acc. Chem. Res. 2016, 49, 2316.
4: Májek M.; Faltermeier U.; Dick B.; Pérez-Ruiz R.; Jacobi von Wangelin A.; “Application of Visible-to-UV Photon Upconversion to Photoredox Catalysis: The Activation of Aryl Bromides” Chem. Eur. J. 2015, 21, 15496.
5: Májek M., Jacobi von Wangelin A.; “Metal-Free Carbonylations by Photoredox Catalysis” Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 2270

Socioekonomický a technologický dopad: 

Projekt je cielený na vývoj nových selektívnych syntetických metód, ktoré ako zdroj energie využívajú obnoviteľné zdroje energií - viditeľné svetelné žiarenie a elektrickú energiu. Ich predpokladané využitie je v syntéze fine chemicals - napríklad vo farmaceutickom priemysle.
Výsledky benchmarkingu nových výpočtových metód pre výpočet redoxných potenciálov si nájdu aplikačné uplatnanie v širokej komunite elektrochemikov, kde umožnia presnejšie predpovedanie termodynamických redoxných potenciálov - nevyhnutný predpoklad pre návrh nových elektrochemických syntetických metód.

Technická časť: 

Kvantovo-chemické výpočtové programy ako NWChem, ORCA (alebo Gaussian, ak by bol k dispozícii)
Predpokladaný rozsah výpočtov: 50-100 khodín

Prepojenie s grantovými úlohami: 
H2020-MSCA-IF-2019 PECaN (892479)
Spolufinancovanie: 
0.00
Výstupy: 
none