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Spectroscopic and Computational Elucidation of Transition Metal Photoredox Mechanisms

Descrizione del progetto

Spiegare i meccanismi delle reazioni foto-ossidoriduttive del metallo di transizione

La catalisi foto-ossidoriduttiva è una branca della catalisi che sfrutta la luce per accelerare una reazione chimica attraverso eventi di trasferimento di un singolo elettrone e fornisce una via efficiente per la costruzione di nuovi legami. Nonostante l’elevato numero e la crescente complessità delle trasformazioni dei legami, pochi studi spettroscopici e computazionali sono stati condotti su meccanismi di foto-ossidoriduzione. Il progetto PhotoRedOx, finanziato dall’UE, mira a condurre studi di spettroscopia di alto livello che coinvolgono energie di fotoni 10 volte superiori e 15 volte più grandi per il tempo di osservazione di eventi molecolari. I dati sperimentali guideranno la progettazione di molecole di ligando in modo che possano migliorare la loro reattività con un legame mirato.

Obiettivo

Photoredox catalysis is an emerging and powerful methodological approach for accomplishing bond constructions in organic chemistry and utilizes photosensitizers to convert photon energy into chemical potential to drive photo-induced C–C/C–X couplings and C–H bond activations. Given catalysis can be light-activated, this methodology is considered environmentally friendly and sustainable. To date, the three main modes of action are: 1) single electron transfers (SETs) to initiate radical coupling reactions; 2) SETs to simultaneously generate free radicals and activate transition metal catalysis (i.e. dual photoredox); and 3) energy transfer to or direct excitation of a transition metal catalyst. While the number and complexity of bond transformations is rapidly increasing, there are few spectroscopic or computational studies of photoredox mechanisms, largely due to the complexity and interplay between excited state dynamics and reactive intermediates. The applicant will use a variety of high-level spectroscopies spanning 10 orders of magnitude in photon energy and 15 orders of magnitude in time to observe molecular events from femtoseconds after light absorption to individual steps in the reaction. Experimental data guide ligand design to tune ground and excited state structure, regioselectivity, or alter reactivity for new bond constructions. Together, the methodologies allow to evaluate energetics of reaction coordinates, define mechanisms, estimate redox activity of intermediates, and map excited state potential energy surfaces to define key electronic contributions from frontier molecular orbitals. This work will be communicated at local, national, and international seminars and conferences. Major findings will be disseminated via publication in high-impact scientific journals. Importantly, the applicant’s training at the host institution and the returning phase will be invaluable for accomplishing his goal to obtain a position at a major European University.

Coordinatore

USTAV ORGANICKE CHEMIE A BIOCHEMIE, AV CR, V.V.I.
Contribution nette de l'UE
€ 255 756,24
Indirizzo
FLEMINGOVO NAM. 542/2
16610 Praha 6
Cechia

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Regione
Česko Praha Hlavní město Praha
Tipo di attività
Research Organisations
Collegamenti
Costo totale
€ 255 756,24

Partner (1)