 |
 |
|
Existing applicants/evaluators log in here
|
|
Young Researchers and Professionals
| Project leader |
Vianello Robert |
| Administering organization: |
Rudjer Boskovic Institute
Bijenicka 54
HR-10000 Zagreb
Croatia |
| Partner Institution/Company: |
|
| Grant type: |
3A |
| Project title: |
Computational prediction of structure and catalytic activity of new organic superacids |
| Project summary: |
This project aims at computational design of extremely acidic organic molecules called superacids. Based on a simple strategy of finding a suitable, well-known and available molecular skeleton subsequently polysubstituted by electron-withdrawing cyano groups, it is expected that a whole catalog of new superacids will be obtained. The latter will be compared to traditional inorganic mineral acids, like sulfuric and triflic acid, on the basis of their intrinsic and solution-phase acidities as well as in their catalytic activity. It is anticipated that the predicted compounds should exceed the acidity of sulfuric acids by more than 50 orders of magnitude, which is remarkable indeed. On the other hand, a significant improvement in catalytic activity is also foreseen. This is of particular importance, since mineral acids are still the most used catalysts in a large variety of chemical and industrial reactions, although their application is associated with a number of drawbacks and environmentally intolerable solutions. Having in mind that in general acid-catalysis stronger acids make better and more efficient catalysts, it is easy to assume that the molecules studied here would resolve a lot of experimental problems brought up by the usage of mineral acids. Therefore, driven by practical demands and fundamental challenges the objectives of this project are well justified.
Once available, the proposed molecules would improve existing chemical processes and would make possible some new chemical transformation. This achievement would be of paramount importance to Croatian chemistry and chemical industry in general as it would enable them to access new markets by introducing modern, fast, cheap and environment-friendly technologies. Application of proposed molecules would facilitate that by reducing waste production, decreasing process time and additional work-up costs, increasing process yields and making chemistry safer and more economical.
The primary outcomes of this fundamental research will be scientific papers published in high-quality peer-reviewed international journals of high impact-factor. This would propel overall competitiveness of main applicant in the field of computational physical-organic chemistry.
Since our strategy in designing exceptionally acidic molecules involves polycyanation of organic compounds, it has to be strongly emphasized that the synthetic pathways of polycyanation are well-known and well-documented in the literature. It is, therefore, very likely that some of the suggested molecules could be prepared in the laboratory and their synthesis is highly recommended. |
| Hrvatski sažetak: |
Cilj predloženog projekta je računsko predviđanje strukture novih izuzetno kiselih molekula zvanih superkiseline. Kiseline su vrlo važni spojevi u kemiji jer predstavljaju nezamjenjive katalizatore u mnogim kemijskim reakcijama. To znači da se kiseline dodaju u reakcijsku smjesu kako bi ubrzali ili uopće omogućili određenu kemijsku pretvorbu. U većini takvih, kiselinom-kataliziranih reakcija, što je kiselina jača to je ona bolji i efikasniji katalizator. Upravo iz tih razloga, dizajn novih, iznimno jakih kiselina od presudne je znanstvene i praktične važnosti. Temeljeno na jednostavnoj i do sada potvrđenoj strategiji očekuje se čitav katalog novih i nepoznatih superkiselina. One će, po svojim parametrima kiselosti i katalitičkoj aktivnosti u plinskoj fazi, te u odabranim otapalima od industrijske važnosti, biti uspoređene s tradicionalnim mineralnim kiselinama, primjerice sa sumpornom kiselinom, koja se dogovorno uzima kao standard superkiselosti. Prema tim vrijednostima, nove kiseline nadmašit će kiselost sumporne kiseline za više od 50 redova veličine, što je vrijedan rezultat. To je od presudnog značaja, jer su mineralne kiseline još uvijek najčešće korištene kiseline u širokom rasponu kemijskih i industrijskih reakcija, iako je njihova upotreba povezana s nebrojeno mnogo poteškoća i ekološki neprihvatljivih rješenja, što umanjuje njihovu potencijalnu primjenu. Zamjena postojećih mineralnih anorganskih kiselina s još snažnijim organskim superkiselinama, proučavanim u ovom projektu, reducirat će stvaranje kemijskog otpada, umanjiti potrebu za dodatnim utroškom energije, skratiti vrijeme pojedinih reakcija, omogućiti nove kemijske pretvorbe, te učiniti ukupan proces sigurnijim, ekonomičnijim i prihvatljivijim za okoliš. Katalitička aktivnost novih superkiselina ispitat će se reakcijama protoniranja ugljikovodika, što je početni korak njihove pretvorbe iz nafte u važne i iskoristive tvari. Stoga, vođeni praktičnim zahtjevima i fundamentalnim izazovima, ciljevi ovog projekta su opravdani i prijeko potrebni hrvatskoj industriji jer će joj omogućiti prodor na nova tržišta uvodeći moderne, brze i jeftine tehnologije.
Primarni rezultat ovih istraživanja bit će znanstveni radovi objavljeni u vodećim međunarodnim znanstvenim časopisima za kemiju. Time će se proširiti fundamentalno znanje o ovoj važnoj klasi spojeva, ali još i značajnije, usmjeriti eksperimentalne kemičare prema sintezi novih spojeva izražene kiselosti. Snažan naglasak projekta biti će stavljen na pronalazak zainteresiranih gospodarskih partnera u Hrvatskoj za rezultate i primjenu ovih istraživanja, ali i uspostavljanje suradnje i veza s laboratorijima i istraživačkim grupama u Europi. Jednom dostupne, predložene molekule unaprijedit će postojeće kemijske procese i omogućiti nove. Kako predložena strategija u dizajniranju superkiselina uključuje reakcije višestruke supstitucije dostupnih i dobro proučenih organskih spojeva s cijano grupama, treba istaknuti da su takvi sintetski putevi poznati i dobro dokumentirani u literaturi. Stoga, bez oklijevanja treba reći da će neke od predloženih molekula biti podložne pripravi u laboratoriju, te se njihova sinteza snažno preporuča. |
| Amount requested from UKF: |
28.000 € |
| Amount of matching funding: |
7.000 € |
|
|
|
