El profesor Jian He, del Departamento de Química de la Universidad de Hong Kong (HKU), ha encabezado una iniciativa de investigación destinada a revolucionar la síntesis orgánica. Su equipo de investigación ha desarrollado con éxito un novedoso fotocatalizador de cobre heterogéneo que permite la formación eficiente de anillos de ciclobutano, un elemento estructural crucial en una amplia gama de moléculas bioactivas.
Los anillos de ciclobutano ocupan un lugar destacado en productos farmacéuticos, productos naturales y diversos compuestos biológicamente activos. Al permitir a los investigadores construir estos anillos de forma fácil y selectiva, el equipo del profesor He ha desbloqueado un mayor control sobre la síntesis de estas moléculas vitales. Los resultados de la investigación se han publicado recientemente en Nature Catalysis. .
En las últimas dos décadas, se han empleado fotocatalizadores de luz visible para impulsar tales transformaciones mediante cicloadiciones fotoquímicas [2+2]; sin embargo, su alcance de sustrato ha sido limitado. Además, los sistemas fotocatalíticos existentes a menudo dependen de catalizadores homogéneos de metales preciosos, lo que plantea desafíos en el reciclaje de catalizadores y dificulta la síntesis orgánica a gran escala.
Para abordar estas limitaciones, el profesor He y su equipo han desarrollado un innovador fotocatalizador de cobre heterogéneo. Este catalizador facilita eficazmente los procesos de transferencia de energía para una variedad de cicloadiciones cruzadas [2+2] intermoleculares, incluidas aquellas que antes eran inaccesibles en la fotocatálisis homogénea convencional. Este nuevo sistema de reacción tiene una excelente estabilidad del catalizador y reciclabilidad, y no depende de metales preciosos, lo que lo hace más sostenible económica y ambientalmente.
El profesor He expresó gran entusiasmo por el impacto potencial de este descubrimiento y afirmó:"Nuestro novedoso fotocatalizador de cobre heterogéneo abre nuevas posibilidades para sintetizar moléculas bioactivas con mayor eficiencia y selectividad. Al eliminar la dependencia de metales preciosos y mejorar la reciclabilidad del catalizador, hemos abordado desafíos críticos en la síntesis orgánica a gran escala, allanando el camino para una producción química más sostenible y económicamente viable."
En este estudio, el equipo desarrolló un tipo especial de fotocatalizador de cobre que puede ayudar a producir moléculas de ciclobutano de manera más eficiente. Prepararon con éxito un fotosensibilizador triplete de cobre heterogéneo y estable mediante la construcción de complejos de cobre (I) heterolépticos ligados a binap en los poros de estructuras organometálicas (MOF) a base de circonio.
Tras la heterogeneización, las especies reactivas de cobre (I) en estados fotoexcitados muestran mayores energías de transición y vida útil, lo cual es esencial para aumentar la eficiencia catalítica en cicloadiciones [2+2] de estirenos mediadas por transferencia de energía con una variedad de olefinas, incluidas las deficientes en electrones. alquenos.
A diferencia de los fotocatalizadores de cobre homogéneos correspondientes, el fotocatalizador de cobre soportado por MOF exhibe una alta estabilidad y actividad catalítica, y puede reciclarse en múltiples ejecuciones sin descomposición del catalizador.
Este trabajo proporciona un enfoque general e interdisciplinario para el diseño de fotocatalizadores de cobre altamente reactivos para una amplia gama de reacciones orgánicas prácticas, y podría ayudar a que el proceso de producción de diversos compuestos bioactivos sea más fácil y eficiente en el futuro.
Más información: Jun Guo et al, cicloadiciones intermoleculares cruzadas [2+2] mediadas por luz visible utilizando un fotosensibilizador triplete de cobre soportado por MOF, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-024-01112-9
Proporcionado por la Universidad de Hong Kong
