כימיה אורגנו-מתכתית וקטליזה

 :המחקר של קבוצת אייזן מתרחש בשני נושאים

1) אחד מנושאי המחקר בקבוצה הינו סינתזה של פולימרים ייחודיים על ידי זרזים הומוגניים. המחקר מתמקד בסינתזה, אפיון ופעילות קטליטית עבור סוג ייחודי של קומפלקסים אורגנומתכתיים קטיוניים בלתי רוויים קואורדינטיבית מקבוצה 4 ((Ti, Zr , Hf. סוגי הליגנדות אשר מאפשרים לקבל הקומפלקסים הקטיוניים הינם אלה המכילים את הקבוצות heteroallylic, acetylacetonato, dikitiminate ו imidazoline-2-iminato . בכל המקרים, המוטיב של הליגנדה הוא גדול מספיק כדי למנוע קואורדינציה של הממס. המחקר הופנה בשלושה מסלולים עיקריים בו זמנית: (א) הבנת ההשפעות האלקטרוניות של הליגנדות השונות על הראקטיביות של המתכת (ב) התאמת ליגנדות כיראליות ואכיראליות וקומפלקסים כיראליים או רצמים לעיצוב פילמור סטראורגולרי של a-אולפינים. בנוסף, תיכנון ראקציות כימיות ייחודיות להשגת סוג חדש של פולימרים מתקדמים. (ג) אפיון יסודי של חומרים פולימריים חדשים כדי לאפשר את העיצוב של זרזים חדשים עבור הכנת פולימר עם תכונות פיסיקליות משופרות. ההישגים בסינתזת הליגנדות ובבניית הקומפלקסים האורגנומתכתיים הבלתי רוויים קואורדינטיבית הינו נושא בעל חשיבות מדעית וטכנולוגית בינלאומית להכנה חכמה של חומרים חדשים.

2)הכימיה האורגנומתכתית של האקטינידים מתחילה להגיע לרמה מאוד גבוהה של תחכום לגבי ההבנה הבסיסית של המנגנונים שבאמצעותם קומפלקסים אלה פועלים. בשנים האחרונות מתקבלות עדויות תומכות על ידי מחקרים תאורטיים ובשימוש אנתלפיות קשר עבור סוגים שונים של תהליכים. המחקר שמתבצע בקבוצתי עם קומפלקסים אורגנואקטינידים מתמקד בשימושם כקטליזטורים בתהליכים קטליטיים מיוחדים עם עניין אקדמי גדול. למשל, אנו מעוניינים בשימוש קומפלקסים אימידו של האקטינידים לקטלז הסיפוח האנטי מרקובניקוב של אמין אל אלקין טרמינלי ליצירת אימינים בשלב אחד (הידרואמינציה). בנוסף, השתמשנו בקומפלקסים אלה לאוליגומריזציה של אלקינים טרמינלים, להידרוסילילציה של אלקינים טרמינלים המתרחשת במהירויות כמעט אנזימטיות! ועוד. במהלך השנים האחרונות, הקבוצה שלנו פיתחה טכניקות קטליטיות חדשות לשימוש קומפלקסים אורגנואקטינידים בטרנספורמציות קטליטיות בעלות דרישה אנרגטית גבוהה בחומרים המכילים קבוצות עם אטומי חמצן. עד לפני מספר שנים היה מיתוס שככל הנראה בלתי אפשרי לאקטב בצורה קטליטית ראקציות המכילות שארים עם חמצן. בשנה האחרונה הראנו שניתן לספח כוהלים למולקולות קרבודיאימידיות בקטליזה של קומפלקסים אקטינידים. זה מייצג דוגמה נדירה של טרנספורמציות המקוטלזות על ידי תוריום ודוגמה הראשונה עבור קומפלקסים של אורניום. באמצעות האורניום או תוריום אמידים, הסיפוח של הכוהל לקשרי פחמן-חנקן בלתי רוויים מושג בניצולות גבוהות, בזמני תגובה קצרים וסלקטיביות מעולה. מחקרים חישוביים הנתמכים על ידי נתונים תרמודינמיים חושפים את דרכי הפעולה והמאפיינים החשובים בתגובה ומסבירים כיצד המערכת מתגברת על מחסום האנרגיה הגבוה של שבירת הקשר אקטיניד-החמצן.


Catalysis by metallocorroles is emphasized by the group of Zeev Gross for the following purposes: a) enzyme-like asymmetric catalysis with proteins as the chirality inducing motif; b) decomposition of reactive oxygen & nitrogen species for treating diseases affected by oxidative stress; c) photodynamic inactivation of cancer cells and harmful microorganisms; d) electrochemical reduction of small molecules/ions for energy-relevant processes; and e) various photo-induced reactions. Regarding the latter, recent focus is on alternative energy and fuel cells, which includes the development of new chromophores for dye sensitized solar cells, the design of catalysts for the 4-electron/4-protons reduction of oxygen to water, the hydrogen evolution reaction, and for water oxidation (the oxygen evolution reaction). Another relevant approach is to take advantage of the strong reducing power of metallocorroles for the activation of small molecules/ions like carbon dioxide and halides.


The Marek group is concerned with the design and development of new and efficient stereo- and enantioselective strategies for the synthesis of important complex molecular structures. We are particularly interested in developing carbon-carbon bond forming processes, which efficiently create multiple stereocenters in a single-pot operation. Deep understanding of reaction mechanisms gives insight into the origins of chemo- and stereoselectivity, and governs optimization towards the most efficient and general protocols for our methodologies. Our vision is that we should provide an answer to challenging synthetic problems but it has to be coupled with unique efficiency and elegance.


The high efficiency and selectivity achieved by enzymatic catalysis is largely due to the cooperativity between a metal center and the functional organic molecules located at its surrounding folds.
Capitalizing on this notion, the Maayan’s group is developing biomimetic cooperative catalysts that are based on peptidomimetic oligomers called peptoids, which their versatile backbones include two or more catalytic and co-catalytic groups. These peptoids act as intramolecular cooperative catalysts in various oxidation transformations including aerobic oxidation of alcohols and electrocatalytic water oxidation, demonstrating improved catalytic efficiency.


The research of Apeloig’s group concentrates on main group chemistry, mostly organosilicon chemistry. Emphasis is mainly on the synthesis and properties of novel low-coordination compounds such as doubly- and triply-bonded silicon compounds, such as R2E=E’R2, E=C, Si, Ge, Sn, Pb and various reactive intermediates such as silyl and silavinyl anions, silylenes, etc. Novel reagents, such as metallosilanes, dimetallosilanes and metalosilavinylsilanes and are developed. Novel methods for the activation of Si-H bonds, an important industrial process, are being developed.


Despite recent advances in organometallic and inorganic chemistry, the activation and conversion of small molecules under ambient conditions remains challenging. In our lab

, Graham de Ruiter,  we try to solve these challenges by designing new inorganic/organometallic materials that are able to use photons and electrons in order to convert these small molecules (e.g. CO2, N2, O2) into value added chemicals.

Our approach focusses on synthesizing novel transition metal complexes that – upon light irradiation – are able to:

(i) Change their chemical environment
(ii) Utilize photo-redox process to generate highly oxidizing/reducing metal centers

By self-assembling these metal complexes unto solid surfaces, we can use the superior properties of inorganic and semiconductor materials – in light-harvesting and electron transfer – to fabricate new supramolecular architectures that can be used in catalysis and small molecule activation. The physicochemical properties of these newly synthesized materials will be investigated with a wide variety of analytical techniques including spectroelectrochemistry.

Other research directions will build upon our experience in small molecule activation, and use these principles to develop a new class of organometallic polymers that relies the activation of N2.