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Un nuevo método utiliza la luz como fuente de activación en procesos químicos

Un equipo de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) ha desarrollado una nueva metodología que permite la síntesis de sistemas alílicos funcionalizados con control de la estereoquímica, utilizando la luz como fuente de energía y sin la necesidad de utilizar metales de transición altamente tóxicos. El trabajo se publica en Nature Communications.

 

La clave del éxito del trabajo fue el descubrimiento de una familia de catalizadores derivados de 10-fenilfenotiazina, que en presencia de luz pasan a un estado excitado y que, mediante un proceso redox, transfieren un electrón al sistema alílico. /UAM

La preparación de compuestos alílicos sustituidos ha atraído el interés de muchos científicos debido a su utilidad como materiales de partida en síntesis orgánica. Las estrategias más utilizadas para la funcionalización de sistemas alílicos son la reacción de Tsuji-Trost, que se basa en metales de transición, generalmente tóxicos; y el uso de ácidos de Lewis, que son derivados de metales. 

Durante la última década, el uso de la fotocatálisis, basada en el uso de moléculas foto activas como catalizadores, ha abierto la puerta al desarrollo de nuevos métodos sintéticos que dan acceso a una amplia gama de moléculas activas, generalmente radicales, generadas en presencia de luz, las cuales, siguiendo distintas vías, dan acceso a productos de gran valor farmacológico y agrícola. Un ejemplo de ello es la reacción de arilación fotocatalítica, descrita por primera vez hace cinco años.
Ahora, el equipo de investigación Froncat de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) ha desarrollado una nueva metodología que permite la síntesis de sistemas alílicos funcionalizados con control de la estereoquímica (isómero Z o E en el doble enlace), utilizando la luz como fuente de energía y sin la necesidad de utilizar metales de transición tóxicos.
“Esto no había podido desarrollarse hasta ahora debido a que no se había encontrado un fotocatalizador capaz de absorber luz y que tuviera unos potenciales redox suficientes para romper un enlace C-O y formar el carbocatión necesario para dar lugar a la reacción deseada”, declara José Alemán, investigador de la UAM y director del equipo que llevó a cabo el trabajo.

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Fotocatalizador

La clave del éxito de este trabajo fue el descubrimiento de una familia de catalizadores derivados de 10-fenilfenotiazina, que en presencia de luz pasan a un estado excitado (de mayor energía) y que, mediante un proceso redox, transfieren un electrón al sistema alílico (reducción), provocando la ruptura de un enlace C-O y generando el radical alilo.
Posteriormente, estos mismo fotocatalizadores oxidados son capaces de coger un electrón (reduciéndose) del radical formado, y formar el intermedio catiónico que por reacción con moléculas ricas en electrones (heterociclos, alcoholes y aminas) dan lugar a la formación de los derivados alílicos funcionalizados deseados.
El trabajo, publicado en Nature Communications, también describe por primera vez la síntesis de compuestos alílicos con estereoquímica Z en el doble enlace, a partir de los correspondientes acetatos de alilo con estereoquímica E.
“Esto supone un gran avance debido a que todas las metodologías descritas hasta el momento para la funcionalización de sistemas alílicos daban lugar únicamente a los compuestos con estereoquímica E y nunca a los Z”, señala José Alemán.
“Además —añade el investigador—, dependiendo del catalizador utilizado y de la longitud de onda de la luz utilizada, UV o azul, se pueden sintetizar los compuestos Z o E de manera cromoselectiva, es decir, obteniendo uno u otro isómero según la luz utilizada”.

En colaboración con el grupo del doctor Víctor de la Peña O’Shea, del instituto IMDEA Energía, los investigadores lograron determinar el mecanismo que controla esta reacción fotocatalizada. Para ello fue necesario realizar estudios de fotólisis de destello láser, diferentes pruebas mecanísticas y fotoquímicas, y cálculos DFT.
“La conjunción de todo ello ha permitido establecer que, posiblemente, la reacción transcurre a través del ataque de un nucleófilo a un catión alílico intermedio. Hay que destacar que es la primera vez que se describe la formación de un carbocatión en reacciones fotocatalizadas”, concluye José Alemán.

Universidad Autónoma de Madrid

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