Trapping reactive intermediates and their application towards catalysis
捕获反应中间体及其在催化中的应用
基本信息
- 批准号:10586065
- 负责人:
- 金额:$ 33.18万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-03-15 至 2026-01-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAddressBacteriaBiological ProcessCarbonCatalysisChemicalsChemistryCobaltComplexCopperCrystallizationCytochrome P450CytochromesDevelopmentElectronicsEnergy-Generating ResourcesEnzymesFamilyFatty AcidsFormulationGenerationsGoalsHormonesHydrocarbonsHydrogen BondingHydroxylationIronLigandsMagnetometriesMetalsMethaneMethane hydroxylaseMixed Function OxygenasesModelingNickelOxidantsOxidation-ReductionOxygenParticulatePharmacologic SubstancePopulationPorphyrinsProcessProductivityPropertyReactionReagentRelaxationResearchRouteSeriesSpectrum AnalysisSteroidsSystemTransition ElementsWaste ManagementWaste Productsadductcatalystchemical synthesiselectronic structureflexibilityfrontierfunctional groupfunctional mimicsimprovedinsightmetal complexmolecular orbitalmonomernoveloxeneoxidationsmall moleculetheoriestrait
项目摘要
Project Summary
The family of monooxygenase enzymes are utilized to perform oxidative group transfer catalysis to broadly drive
one of two functions: (1) metabolize hydrocarbon building blocks (e.g., steroids, fatty acids) for waste
management or hormone synthesis in cytrochrome P450 (CYPs); and (2) the utilization of methane as the sole
carbon and energy source (i.e., methanotrophic bacteria). The common trait amongst the oxidizing enzymes is
the ability to electronically tune their catalytic centers to achieve oxygen transfer to robust C–H bond substrates.
Adapting the electronic structure tuning principles to devise new synthetic, abiological catalysts holds great
promise to (1) understand how the enzymatic systems might function by uncovering what reaction sequences
are possible, and (2) developing new catalytic reactions that mimic the reactivity of the monooxygenases.
This proposal describes the synthesis and characterization of novel metal-ligand multiple-bonds and
metal-stabilized radicals to mimic the function of biological monooxygenases. Monooxygenases utilize metal-
oxenoid ligands to drive C−H bond activation and C−heteroatom bond formation, providing a blueprint on how to
emulate this reactivity. The ability to selectively incorporate functionality into unactivated C–H bonds represents
a significant advance in converting inexpensive chemical feed stocks (e.g. hydrocarbons) to value-added
functional molecules (e.g., pharmaceutical precursors). To achieve this goal, this proposal outlines a strategy to
generate metal-ligand multiply-bonded complexes featuring oxenoid functionalities and examine their reaction
chemistry as a function of transition metal and oxenoid ligand redox state. This proposal seeks to address the
following questions: (1) Which transition metal-oxo linkage and attendant electronic structure can facilitate C-H
bond hydroxylation chemistry? (2) Can monomeric copper support a terminal oxo-like ligand as would be
suggested for the reactive oxidant in particulate methane monooxygenases? (4) How do functional group
oxidation states (i.e., oxo, oxyl, oxene) impact functional group transfer catalysis? (5) Can metal-stabilized ligand
radicals in general be developed to enable new C-H bond functionalization catalysis?
Using dipyrrin ligand platforms as truncated models of the porphyrin platform found in cytochrome
monooxygenases, this proposal outlines a strategy to synthesize and characterize metal-ligand multiple bonds
on iron, cobalt, nickel, and copper. A sterically encumbered dipyrrin is proposed to be ideal for the synthesis,
crystallization, and full spectroscopic characterization of a terminal oxenoid adducts of Cu akin to the potential
terminal Cu(O) adduct in particulate methane monooxygenase. The broader scientific impact of the proposed
research can be summarized as the following: this study will improve the field’s understanding of factors
contributing to the promotion of productive C–H bond activation and functionalization, further developing new
catalysts to synthesize value-added, commodity chemicals via clean reaction routes with minimal waste product.
项目概要
单加氧酶家族用于进行氧化基团转移催化,广泛驱动
两种功能之一:(1) 代谢碳氢化合物构件(例如类固醇、脂肪酸)以产生废物
细胞色素 P450 (CYP) 的管理或激素合成;以及 (2) 仅利用甲烷
碳和能源(即甲烷氧化细菌)。氧化酶的共同特征是。
能够以电子方式调节其催化中心,以实现氧转移到坚固的 C-H 键基质。
采用电子结构调整原理来设计新的合成非生物催化剂具有重要意义
承诺(1)通过揭示什么反应序列来了解酶系统如何发挥作用
是可能的,并且(2)开发模拟单加氧酶反应性的新催化反应。
该提案描述了新型金属配体多重键的合成和表征以及
金属稳定的自由基模仿生物单加氧酶的功能。
oxenoid 配体驱动 C−H 键激活和 C−杂原子键形成,提供了如何
模拟这种反应性的能力代表了选择性地将功能性结合到未活化的 C-H 键中的能力。
将廉价化学原料(例如碳氢化合物)转化为附加值的重大进步
为了实现这一目标,该提案概述了一项战略:
生成具有 oxenoid 功能的金属-配体多重键配合物并检查其反应
化学作为过渡金属和氮氧化物配体氧化还原态的函数。
以下问题:(1)哪种过渡金属-氧键和伴随的电子结构可以促进C-H
键羟基化化学? (2) 单体铜可以支持末端氧代配体吗?
建议用于颗粒甲烷单加氧酶中的活性氧化剂? (4) 官能团如何发挥作用?
氧化态(即氧代、氧基、氧烯)影响官能团转移催化吗? (5) 金属稳定配体可以吗?
一般而言,自由基的开发是为了实现新的 C-H 键功能化催化吗?
使用二吡啉配体平台作为细胞色素中发现的卟啉平台的截短模型
单加氧酶,该提案概述了合成和表征金属-配体多重键的策略
在铁、钴、镍和铜上,空间阻碍的二吡啉被认为是合成的理想选择,
类似于电位的 Cu 末端 oxenoid 加合物的结晶和完整光谱表征
颗粒甲烷单加氧酶中的末端 Cu(O) 加合物。所提出的更广泛的科学影响。
研究可概括如下:这项研究将提高该领域对因素的理解
有助于促进高效的C-H键活化和功能化,进一步开发新的
催化剂通过清洁的反应路线以最少的废物合成增值的商品化学品。
项目成果
期刊论文数量(0)
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 }}
Theodore A Betley其他文献
Theodore A Betley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('Theodore A Betley', 18)}}的其他基金
Trapping reactive intermediates and their application towards catalysis
捕获反应中间体及其在催化中的应用
- 批准号:
10419401 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
Correlation of electronic structure to iron catalyzed C-H bond functionalization
电子结构与铁催化C-H键功能化的相关性
- 批准号:
9115643 - 财政年份:2015
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
Correlation of electronic structure to iron catalyzed C-H bond functionalization
电子结构与铁催化C-H键功能化的相关性
- 批准号:
8945459 - 财政年份:2015
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
Polynuclear iron complexes as functional mimics of the nitrogenase FeMo-cofactor
多核铁配合物作为固氮酶 FeMo 辅因子的功能模拟物
- 批准号:
8474791 - 财政年份:2011
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
Polynuclear iron complexes as functional mimics of the nitrogenase FeMo-cofactor
多核铁配合物作为固氮酶 FeMo 辅因子的功能模拟物
- 批准号:
9383904 - 财政年份:2011
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
Polynuclear iron complexes as functional mimics of the nitrogenase FeMo-cofactor
多核铁配合物作为固氮酶 FeMo 辅因子的功能模拟物
- 批准号:
9982407 - 财政年份:2011
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
Polynuclear iron complexes as functional mimics of the nitrogenase FeMo-cofactor
多核铁配合物作为固氮酶 FeMo 辅因子的功能模拟物
- 批准号:
8331480 - 财政年份:2011
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
Polynuclear iron complexes as functional mimics of the nitrogenase FeMo-cofactor
多核铁配合物作为固氮酶 FeMo 辅因子的功能模拟物
- 批准号:
9752571 - 财政年份:2011
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
Polynuclear iron complexes as functional mimics of the nitrogenase FeMo-cofactor
多核铁配合物作为固氮酶 FeMo 辅因子的功能模拟物
- 批准号:
8159209 - 财政年份:2011
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
High-Valent Metal Oxos to Model OEC in Photosystem II
高价金属 Oxos 在 Photosystem II 中模拟 OEC
- 批准号:
7166820 - 财政年份:2005
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
相似国自然基金
本体驱动的地址数据空间语义建模与地址匹配方法
- 批准号:41901325
- 批准年份:2019
- 资助金额:22.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
时空序列驱动的神经形态视觉目标识别算法研究
- 批准号:61906126
- 批准年份:2019
- 资助金额:24.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
针对内存攻击对象的内存安全防御技术研究
- 批准号:61802432
- 批准年份:2018
- 资助金额:25.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
大容量固态硬盘地址映射表优化设计与访存优化研究
- 批准号:61802133
- 批准年份:2018
- 资助金额:23.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
IP地址驱动的多径路由及流量传输控制研究
- 批准号:61872252
- 批准年份:2018
- 资助金额:64.0 万元
- 项目类别:面上项目
相似海外基金
Developing in situ transcriptomics of a bioprinted follicular skin model
开发生物打印毛囊皮肤模型的原位转录组学
- 批准号:
10678027 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
Development of a human intestinal microphysiological system for the study of immune responses to protozoan parasites
开发人体肠道微生理系统用于研究原生动物寄生虫的免疫反应
- 批准号:
10733303 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
Reactive aldehydes and alcohol misuse in lung infections
肺部感染中的活性醛和酒精滥用
- 批准号:
10581148 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
3D genome organization of the Ets1-Fli1 locus controls allergic responses
Ets1-Fli1 基因座的 3D 基因组组织控制过敏反应
- 批准号:
10654172 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别:
The role of NQR in ROS-dependent virulence regulation in Vibrio cholerae
NQR 在霍乱弧菌 ROS 依赖性毒力调节中的作用
- 批准号:
10721326 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 33.18万 - 项目类别: