Transition Metal-Mediated Selective Functionalizations of Bio-Derived Building Blocks

Doctoral thesis, 2021

Organisk kemi handlar om att bryta och skapa kemiska bindningar på ett förutsägbart sätt. Med rätt metoder kan en specifik molekyl byggas upp med full precision. För att skapa nya molekyler har en organisk kemist ett stort antal verktyg i form av reaktioner, som kan användas för att omvandla startmaterialen till den önskade strukturen. För en effektiv kemisk omvandling måste både startmaterial och reaktioner väljas med omsorg. Idag är de flesta startmaterial som används baserade på fossila råvaror, men för att nå en hållbar kemiindustri är en övergång till förnyelsebara startmaterial nödvändig. Startmaterial från förnyelsebara källor har en annan sammansättning än fossila råvaror, så därför är det av stor vikt att utveckla och anpassa kemiska reaktioner så att de kan utnyttja de nya råvarorna så effektivt som möjligt. För att det ska vara hållbart att producera kemikalier från biomassa så är det viktigt att också biomassan kommer från en hållbar källa. Exempel på startmaterial som kan vara intressanta är molekyler som kan produceras från skogsråvara, eller som går att framställa effektivt med hjälp av en industriell jäsningsprocess.

I den här avhandlingen beskriver jag utvecklingen av två typer av reaktioner. Utvecklingen av dessa reaktioner har inte bara resulterat i nya sätta att modifiera dessa förnyelsebara startmaterial, utan också lett till flera nya typer av reaktioner och kemikalier som kan vara intressanta i framtida tillämpningar.

Den första reaktionen använder järn, en av de mest hållbara metallerna vi har, för att koppla ihop organiska molekyler. Här har vi konstaterat att under rätt förhållanden kan kopplingar till fenoler skapas med denna metod. Fenoler är en klass av molekyler som bygger upp lignin, en biprodukt från pappersindustrin som produceras i stora mängder. Genom att modifiera reaktionsförhållanden kan fenolerna även med hög precision styras att bilda antingen en ny kol-kolbindning eller en ny kol-syrebindning. Samma typ av reaktion har också kunnat användas för att modifiera azulener, en klass av molekyler som är intressanta för tillämpningar som till exempel solceller. Vissa azulener förekommer också naturligt i till exempel kamomill, och dessa visade sig ge mycket goda resultat i reaktionen.

Den andra reaktionen använder ett startmaterial framställt genom biokatalys, med hjälp av levande bakterier som kan skapa en komplex produkt från ett enkelt och billigt startmaterial. Dessa produkter visade sig interagera på ett intressant sätt i en palladiumkatalyserad Heckreaktion. Trots sin komplexa struktur och många möjliga reaktionsvägar gav reaktionen en hög selektivitet. Med rätt typ av reagens startades en så kallad dominoreaktion, där flera reaktioner följer efter varandra. Med denna metod kan molekyler med mycket komplex struktur byggas upp från enkla startmaterial, på ett effektivt sätt i få reaktionssteg.

Jag hoppas att dessa nya metoder kan underlätta användandet av förnyelsebara startmaterial inom organisk kemi. Jag hoppas också att de nya kemikalierna och reaktionerna kan bli ett värdefullt tillägg i den verktygslåda som organiska kemister har tillgänglig för att skapa nya molekyler.