En un esfuerzo continuo por acelerar las reacciones catalíticas, La oxidación de complejos metálicos utilizando luz se ha convertido en un método estándar para sintetizar compuestos aromáticos. Ahora, Los investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio han demostrado una vía de síntesis de alto rendimiento a través de la reducción de complejos de rodio, utilizando un catalizador de nuevo diseño que permite añadir elementos deficientes en electrones a compuestos aromáticos, abriendo posibilidades para sintetizar productos bioactivos y materiales funcionales.

Los catalizadores permiten que las reacciones químicas sean más rápidas y energéticamente más eficientes y se utilizan ampliamente en procesos industriales y biológicos. Cada reacción química requiere una cierta cantidad mínima de energía para que se produzca con éxito. Los catalizadores reducen esta energía al combinarse con reactivos para formar "intermedios, que pasan a dar el producto final.

El metal rodio (Rh) es un buen candidato para catalizador ya que pueden tener múltiples estados de oxidación que les permitan formar complejos o intermedios con los reactivos. Recientemente, Las reacciones catalizadas por metales se han optimizado utilizando luz para modificar el estado de oxidación del compuesto intermedio. permitiendo a los investigadores agregar con éxito varios sustituyentes, conocidos como "grupos funcionales" a los arenos (hidrocarburos con átomos de carbono formando anillos). La mayoría de estos estudios implican la inducción de un intermedio "catiónico" (cargado positivamente) con luz que puede facilitar el intercambio con grupos funcionales ricos en electrones para producir arenos funcionalizados.

Ahora, en un nuevo estudio publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense , investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) han ampliado el alcance de las reacciones catalizadas por metales inducidas por la luz al demostrar un método de síntesis que utiliza un complejo Rh "aniónico" (cargado negativamente) para permitir la adición de un grupo de boro deficiente en electrones a un arene.

En su estudio, utilizaron un catalizador a base de ciclopentadienil (Cp) -rodio de nuevo diseño, que inicialmente formó un complejo neutro con el areno. Este complejo luego se sometió a una "reducción" (ganancia de electrones) bajo irradiación de luz para formar un intermedio aniónico que, Sucesivamente, facilitó el intercambio de un ligando (una molécula unida a un átomo metálico) con un grupo diboro para producir compuestos llamados "arilboronatos" en un proceso conocido como "borilación". Profesor Yuki Nagashima, quien dirigió el estudio, elabora, "Las reacciones catalíticas se aceleran típicamente oxidando complejos metálicos a intermediarios catiónicos. Nosotros, en lugar de, utilizó una estrategia 'reductora' para catalizar la reacción de borilación de los arenos a través de vías de reacción alternativas ".

Los investigadores determinaron inicialmente los tipos de arenos que formarían intermedios adecuados con el catalizador a través de cálculos de la teoría funcional de la densidad dependiente del tiempo y luego realizaron una selección del catalizador para la reacción de borilación. Después de probar una variedad de catalizadores en arenos y el grupo diboron, encontraron que el complejo de metal neutro tenía que ser excitado a un "estado triplete" con luz, antes de que pudiera reducirse a su estado aniónico para producir el correspondiente arilboronato.

La nueva estrategia de síntesis funcionó para arenos que contenían una amplia variedad de grupos funcionales y generó altos rendimientos (hasta el 99%). Es más, en comparación con la borilación catalizada por metales convencional, usó reactivos más suaves y permitió la borilación a temperatura ambiente, haciendo que el proceso sea más limpio y más eficiente desde el punto de vista energético.

"Hemos desarrollado el primer protocolo para la generación de complejos metálicos aniónicos a través de la 'reducción' fotoexcitada de los intermedios Cp-Rh. Esto allanará el camino para la funcionalización de otros elementos deficientes en electrones, como el silano y el estaño, así como la síntesis de compuestos bioactivos y funcionales, "dice Nagashima, hablando de las perspectivas futuras de su estudio.

Después de todo, ¡La "reducción" es definitivamente mejor cuando menos es más!