Los compuestos heterocíclicos son moléculas orgánicas con una estructura de anillo que comprende al menos dos o más elementos. En la mayoría de los casos, estos anillos están compuestos de átomos de carbono junto con uno o más elementos como nitrógeno, oxígeno o azufre. Son muy buscados como materia prima en la industria química y farmacéutica, debido a su versatilidad y excelentes actividades fisiológicas.
Si bien hay varios métodos disponibles para sintetizar estos compuestos, la mayoría de ellos implican condiciones de alta temperatura y presión, o el uso de catalizadores de metales preciosos, lo que aumenta el costo económico y ambiental de producir compuestos orgánicos heterocíclicos.
Ahora, sin embargo, un equipo de investigadores de Japón y Bangladesh ha propuesto un método simple pero eficaz para superar estos desafíos. Su estudio fue publicado recientemente en la revista Advanced Synthesis &Catalysis. . Utilizando la estrategia propuesta, el equipo demostró la síntesis de 20 compuestos heterocíclicos que contienen azufre en presencia de fotocatalizador dióxido de titanio (TiO2 ) y luz visible.
El estudio fue dirigido por el profesor Yutaka Hitomi del Departamento de Química Aplicada de la Escuela de Graduados en Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Doshisha, y en coautoría con un Ph.D. el candidato Pijush Kanti Roy de la Universidad de Doshisha, el profesor asociado Sayuri Okunaka de la Universidad de la ciudad de Tokio y el Dr. Hiromasa Tokudome del Instituto de Investigación de TOTO Ltd.
TiO2 como fotocatalizador para impulsar reacciones orgánicas ha captado la atención de los químicos sintéticos desde hace un tiempo. Sin embargo, muchos de estos procesos requieren luz ultravioleta para desencadenar la reacción. Sin embargo, en este estudio, el equipo de investigación descubrió que, en condiciones anaeróbicas, los compuestos orgánicos que contienen azufre, como los derivados de tioanisol, cuando eran impactados por luz azul, reaccionaban con derivados de maleimida para formar enlaces duales carbono-carbono, produciendo un nuevo compuesto orgánico heterocíclico. /P>
"Observamos que, si bien la luz ultravioleta genera agujeros altamente oxidativos, nuestro enfoque permite la oxidación selectiva de un electrón de las moléculas del sustrato utilizando luz visible. Por lo tanto, este enfoque puede emplearse en diversas reacciones químicas orgánicas", explica el profesor Hitomi. P>
Los investigadores eligieron cinco tioanisoles 4-sustituidos y cuatro maleimidas N-sustituidas para las reacciones de anulación o formación de anillos. El equipo irradió el material de partida con luz azul (longitud de onda> 420 nm), pero no observó ninguna reacción. Sin embargo, la introducción de TiO2 en el sistema de reacción condujo a la síntesis de 20 derivados de tiocromenopirrolediona diferentes con un rendimiento de moderado a alto. Descubrieron que dentro de las 12 horas posteriores a la exposición a la luz azul, la reacción entre el tioanisol y la N-bencilmaleimida condujo a la formación de un derivado de tiocromenopirrolediona con un rendimiento del 43 %, que estaba cerca del rendimiento máximo teórico del 50 %.
El equipo de investigación también observó el efecto sustituyente en las reacciones para comprender los aspectos mecanicistas correspondientes. A partir de los resultados, postularon que la reacción se produce mediante la transferencia de carga del tioanisol a la banda de conducción de TiO2. . Además, sugirieron que la irradiación con luz azul desencadenaba la oxidación de un electrón del tioanisol, lo que iniciaba aún más la generación de radicales α-tioalquilo mediante la desprotonación.
En resumen, este enfoque nuevo y refinado demuestra el potencial del TiO2 para fotocatálisis de luz visible para síntesis orgánica. También proporcionó información crucial sobre la química de la síntesis de compuestos heterocíclicos complejos. En el futuro, este enfoque puede abrir nuevas posibilidades para la transición de los actuales procesos químicos industriales que consumen muchos recursos a un sistema más eficiente energéticamente.
El profesor Hitomi afirma:"Lo que impulsó nuestro estudio fue el deseo de ayudar al desarrollo de una industria química sostenible, y nuestros hallazgos parecen ser un paso positivo en esta dirección".
"Creemos que la adopción generalizada de esta tecnología impulsada por luz visible podría ayudar a una síntesis accesible y asequible de productos farmacéuticos, con sus profundos impactos en la salud y el bienestar de millones de personas en todo el mundo". Gracias a los esfuerzos del Prof. Hitomi y su equipo, su estudio ha abierto nuevas vías en el campo de la síntesis orgánica, con el potencial de revolucionar múltiples industrias químicas.
Más información: Pijush Kanti Roy et al, Síntesis de derivados de tiocromenopirrolediona promovida por luz azul mediante la formación de enlaces duales carbono-carbono catalizados por dióxido de titanio con derivados de tioanisol y maleimida, Síntesis y catálisis avanzadas (2023). DOI:10.1002/adsc.202301021
Proporcionado por la Universidad de Doshisha
