Membrane-Supported Recovery of Homogeneous Organocatalysts: A Review

As catalysis plays a significant role in the development of economical and sustainable chemical processes, increased attention is paid to the recovery and reuse of high-value catalysts. Although homogeneous catalysts are usually more active and selective than the heterogeneous ones, both catalyst recycling and product separation pose a challenge for developing industrially feasible methods. In this respect, membrane-supported recovery of organocatalysts represents a particularly useful tool and a valid option for organocatalytic asymmetric synthesis. However, catalyst leaching/degradation and a subsequent decrease in selectivity/conversion are significant drawbacks. As the effectivity of the membrane separation depends mainly on the size of the catalyst in contrast to the other solutes, molecular weight enlargement of small organocatalysts is usually necessary. In the last few years, several synthetic methodologies have been developed to facilitate their recovery by nanofiltration. With the aim of extending the possibilities for the membrane-supported recovery of organocatalysts further, this contribution presents a review of the existing synthetic approaches for the molecular weight enlargement of organocatalysts

Lipofil oldallánccal módosított cinkona organokatalizátorok: Cinchona organocatalysts modified with a lipophilic moiety

Nowadays, the recovery of organocatalysts is a crucial issue considering both environmental and economic aspects. An effective and simple solution to meet this challenge is to change the solubility of the reaction components compared to each other. To reach this aim, lipophilic side chain can be incorporated into the organocatalyst. This causes a considerable difference in the polarity, which allows the catalyst and the other components of the reaction mixture to be separated from one another by filtration after changing the solvent or by an extraction step. Our aim was to develop a new synthetic method for the incorporation of a lipophilic moiety into the catalysts. At first, starting from methyl gallate, we prepared a carboxylic acid derivative containing three octadecyl groups. This lipophilic unit was then linked in an amide formation reaction to a cinchona squaramide organocatalyst (through an aminoethyl linker), which had previously led to excellent enantioselectivity in Michael reactions. In the amide formation, we examined the acyl chloride pathway and coupling agents as well. We plan to apply the gained lipophilic catalyst in various asymmetric conjugate addition reactions.  Kivonat Napjainkban környezetvédelmi és gazdaságossági szempontból egyaránt fontos feladat az orga­nokatalizátorok visszaforgatása. Erre hatékony és egyszerű megoldást jelent, ha megváltoztatjuk a re­akcióelegy komponenseinek oldhatóságát egymáshoz képest. Ez többek közt az organokatalizátorra történő lipofil oldallánc beépítésével érhető el. Az így adódó jelentős különbség a katalizátor és a reakcióelegy többi komponensének polaritása között lehetővé teszi, hogy azokat egy oldószercserét követő szűréssel, vagy egy extrakciós lépéssel elválasszuk egymástól. Célkitűzésünk egy új szintetikus módszer kidolgozása volt, mellyel lipofil oldalcsoport építhető be a katalizátorokra. Ehhez először metil-gallátból kiindulva egy három oktadecilcsoportot tartalmazó karbonsavszármazékot állítottunk elő. Ezt a lipofil egységet savamidképzési reakcióval rögzítettük egy cinkona-négyzetamid organokatalizátorra (egy aminoetil linkeren keresztül), amely korábban kitűnő enantioszelektivitás elérését tette lehetővé Michael-reakciókban. Az amidképzésnél savkloridképzést és kapcsolószerek alkalmazását is vizsgáltunk. A kapott lipofilezett katalizátort a jövőben különböző aszimmetrikus konjugált addíciós reakciókban tervezzük alkalmazni

Királis (tio)négyzetamid organokatalizátorok előállítása és alkalmazása: Synthesis and application of chiral (thio)squaramide organocatalysts

During my research work cinchona-, and proline-based chiral squaramide, and thiosquaramide organocatalysts were synthesized. The promising new organocatalyst class, the thiosquaramides, were gained by the thionation of the appropriate squaramide with pyridine complex of phosphorus pentasulfide. In 2017, Rawal and his co-workers were the first ones who successfully managed to apply the double hydrogen-bond donor thiosquaramides in asymmetric reactions. They recognized the great potential of this new type of catalyst. If the carbonyl groups of squaramide are converted to thiocarbonyl groups, the acidity of the hydrogen-bond unit increases which can result in stronger hydrogen bond between the substrate(s) and the catalyst. Moreover, thiosquaramides are found to be more soluble in nonpolar organic solvent than their squaramide counterparts. The synthesized organocatalysts were applied in asymmetric C–C coupling reactions, furthermore, the proline-based (thio)squaramide were proved to be excellent organocatalysts for the enamine catalysed Diels–Alder reaction. Kivonat Kutatómunkám során cinkona alkaloid, valamint prolin alapú királis négyzetamid, illetve tionégyzetamid organokatalizátorokat állítottam elő. A tionégyzetamidokat a megfelelő négyzetamidokból foszfor-pentaszulfid piridin komplexével történő tionálás segítségével alakítottam ki. 2017-ben Rawal és munkatársai elsőként alkalmazták sztereoszelektív szintézisekben a kétszeres hidrogénkötés donor típusú tionégyzetamid organokatalizátorokat. Azt találták, hogyha a karbonilcsoportokat tiokarbonil csoportokra cserélik, akkor a katalizátor savas karaktere növekszik és ezáltal jobb hidrogénkötés donorként viselkedhet. Ezenfelül a tionégyzetamidok további előnye a négyzetamidokkal szemben, hogy nagyobb lipofilitásuk révén gyakran jobb oldhatósággal rendelkeznek a szerves oldószerekben. Az előállított organokatalizátorokat C–C kapcsolási konjugált addícióban vizsgáltam, továbbá, a prolin alapú organokatalizátorokat sikeresen alkalmaztam enamin katalizált Diels–Alder-reakcióban is

Synthesis and application of thiosquaramides and their derivatives: a review

Thiosquaramides are the thio analogues of squaramides that are widely applicable in the fields of asymmetric catalysis, pharmaceutical research, and chemical biology. Having four-membered ring system derived from squaric acid, thiosquaramides are feasible hydrogen bond donors and acceptors. A high affinity for hydrogen bonding is driven through a concomitant increase in aromaticity of the ring. In this review the structural properties, acidity, and lipophilicity of thiosquaramides and squaramides are compared. Different synthetic procedures starting from squarates, half-squaramides or squaramides are shown, and the main derivatization methods are outlined. Finally, the yet only few applications of this interesting family are reviewed. Considering their hydrogen bonding and aromatic switching, in combination with structural rigidity, they bear the possibility of becoming robust and tunable bifunctional organocatalysts for a range of synthetically useful transformations in the future

Synthesis and applications of cinchona squaramide‐modified poly (glycidyl methacrylate) microspheres as recyclable polymer‐grafted enantioselective organocatalysts

Our work presents the immobilization of cinchona squaramide organocatalyst on poly(glycidyl methacrylate) solid support. Preparation of the well-defined monodisperse polymer microspheres was facilitated by comprehensive parameter optimization. Exploiting the reactive epoxy groups of the polymer support, three amino-functionalized cinchona derivatives were immobilized on this carrier. To explore the effect of the amino-linker, these structurally varied precatalysts were synthesized by modifying the cinchona skeleton at different positions. The catalytic activities of the immobilized organocatalysts were tested in Michael addition reaction of pentane-2,4-dione and trans--nitrostyrene with excellent yields (up to 98%) and enantioselectivities (up to 96% ee).Finally, the catalysts were easily recovered five times by centrifugation without loss of activity

Poli(etilén-tereftalát) bontása visszaforgatható organokatalizátorok segítségével: Depolymerization of poly(ethylene terephthalate) in the presence of recyclable organocatalysts

Recycling of plastic materials has an important role in the twenty-first century in reducing environmental pollution and saving petroleum resources. Poly(ethylene terephthalate) (PET) provides one of the best examples for this as it is a non-biodegradable polymer that is mainly used as raw material for a wide range of packaging applications, making degradation of PET a subject of great interest for researchers. In our work, post-consumer PET bottles were degraded with glycolysis into bis(2-hydroxyethyl) terephthalate (BHET) monomer using commercially available functionalized silica gels or 1,5,7-triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene (TBD) immobilized on silica gel. After the most stable and active catalyst was found to be triethyl amine functionalized silica gel, the optimization of reaction parameters was carried out. The silica gel as solid support helps in recycling the applied organic base making this process sustainable. Kivonat A műanyagok újrahasznosítása rendkívüli fontosságú a huszonegyedik században, mind a környezetszennyezés csökkentése, mind pedig a meg nem újuló energiaforrások megtakarítása miatt. A poli(etilén-tereftalát) (PET) az egyik legjobb példa erre, mivel ez egy biológiailag nem lebomló polimer, melyet főleg csomagoláshoz használnak fel széles körben, ezért ennek a műanyagnak a lebontása nagy érdeklődést váltott ki a kutatókból. Munkánk során használt PET-palackokat bontottunk le glikolízissel bisz(2-hidroxietil)-tereftalát (BHET) monomerré kereskedelmi forgalomban kapható funkcionalizált szilikagél, vagy szilikagélhez rögzített 1,5,7-triazabiciklo[4.4.0]dec-5-ént (TBD) katalizátorokat alkalmazva. Miután azt találtuk, hogy a legstabilabb és legaktívabb katalizátor a trietil-amin funkcionalizált szilikagél, optimalizáltuk a reakcióparamétereket. A szilikagél szilárd hordozóként lehetővé teszi az alkalmazott szerves bázis visszaforgatását, így fenntarthatóvá téve a folyamatot