Le celle fotoelettrochimiche (PEC) sono ampiamente studiate per la conversione dell'energia solare in combustibili chimici. Usano fotocatodi e fotoanodi per "scindere" l'acqua rispettivamente in idrogeno e ossigeno. Le cellule PEC possono funzionare in condizioni miti con luce, che li rende adatti anche ad altre reazioni catalizzatrici che trasformano molecole organiche in sostanze chimiche ad alto valore aggiunto, come quelli usati per sviluppare farmaci.

Però, Finora le cellule PEC sono state usate raramente nella sintesi organica, tranne che in alcuni recenti tentativi concettuali che hanno testato solo una manciata di semplici substrati. Globale, Le cellule PEC rimangono in gran parte inesplorate per metodologie sintetiche ad ampio raggio di molecole organiche funzionali.

Potrebbero tuttavia rivelarsi molto utili in uno dei metodi sintetici più attraenti per i prodotti farmaceutici e agrochimici, chiamata "amminazione diretta". Implica l'aggiunta di un gruppo amminico a una molecola organica senza preattivare la molecola mediante un'ulteriore fase di elaborazione.

L'amminazione diretta richiede normalmente temperature elevate, e ha anche bisogno di ciò che è noto come un "gruppo dirigente, un'unità chimica che fissa il sito di reazione ma non ha altre funzioni, e che spesso deve essere rimosso prima di utilizzare il nuovo composto nelle applicazioni.

Ora, i laboratori di Xile Hu e Michael Grätzel dell'Istituto di scienze chimiche e ingegneria (ISIC) dell'EPFL hanno sviluppato un nuovo metodo per amminare gli areni, gli idrocarburi con una struttura ad anello, senza la necessità di un gruppo direttivo.

"Il nostro metodo è operativamente semplice e può essere utilizzato per sintetizzare un'ampia gamma di eterocicli contenenti azoto rilevanti per la scoperta di farmaci, " scrive Lei Zhang, l'autore principale dello studio. Dimostrando il punto, i ricercatori hanno usato il loro metodo per produrre diverse molecole farmaceutiche, compresi i derivati ​​del miorilassante metaxalone e l'antimicrobico benzetonio cloruro.

Basato su una cella PEC, il metodo catalizza la reazione con la luce e il basso costo, Ematite semiconduttrice abbondante in terra. "Studi pionieristici nel laboratorio di Michael Grätzel hanno prodotto campioni di ematite robusti che sono efficienti per la scissione dell'acqua, ma l'ematite non è mai stata usata per catalizzare la sintesi organica, "dice Hu.

Nello studio attuale, si è scoperto che l'ematite funziona bene per l'amminazione diretta sotto luce visibile, mentre la sua elevata stabilità promette una lunga durata come catalizzatore funzionante. E poiché raccoglie luce, la fotoelettrocatalisi qui utilizzata consuma meno energia dell'elettrocatalisi diretta.

"Si tratta di un'importante dimostrazione di principio per l'utilizzo delle celle PEC per la produzione di prodotti chimici e farmaceutici ad alto valore aggiunto, " dice Hu. "Il lavoro fonde due campi tradizionalmente separati, vale a dire fotoelettrochimica e sintesi organica. Ci sono molte opportunità non sfruttate per questo approccio, e siamo entusiasti di esplorare ulteriormente queste opportunità".