Il professor Jian He, del Dipartimento di Chimica dell'Università di Hong Kong (HKU), ha guidato un'attività di ricerca volta a rivoluzionare la sintesi organica. Il suo gruppo di ricerca ha sviluppato con successo un nuovo fotocatalizzatore di rame eterogeneo che consente la formazione efficiente di anelli di ciclobutano, un elemento strutturale cruciale in una vasta gamma di molecole bioattive.
Gli anelli di ciclobutano sono presenti in modo prominente nei prodotti farmaceutici, nei prodotti naturali e in vari composti biologicamente attivi. Consentendo ai ricercatori di costruire questi anelli in modo semplice e selettivo, il team del professor He ha ottenuto un maggiore controllo sulla sintesi di queste molecole vitali. I risultati della ricerca sono stati recentemente pubblicati su Nature Catalysis .
Negli ultimi due decenni, i fotocatalizzatori a luce visibile sono stati impiegati per guidare tali trasformazioni attraverso cicloaddizioni fotochimiche [2+2]; tuttavia, la portata del loro substrato è stata limitata. Inoltre, i sistemi fotocatalitici esistenti spesso si basano su catalizzatori omogenei di metalli preziosi, che pongono sfide nel riciclaggio dei catalizzatori e ostacolano la sintesi organica su larga scala.
Affrontando direttamente queste limitazioni, il professor He e il suo team hanno sviluppato un innovativo fotocatalizzatore di rame eterogeneo. Questo catalizzatore facilita efficacemente i processi di trasferimento di energia per una gamma di cicloaddizioni intermolecolari incrociate [2+2], comprese quelle precedentemente inaccessibili nella fotocatalisi omogenea convenzionale. Questo nuovo sistema di reazione ha un'eccellente stabilità del catalizzatore e riciclabilità e non si basa su metalli preziosi, il che lo rende più sostenibile dal punto di vista economico e ambientale.
Il Professor He ha espresso grande entusiasmo per il potenziale impatto di questa scoperta, affermando:"Il nostro nuovo fotocatalizzatore di rame eterogeneo apre nuove possibilità per sintetizzare molecole bioattive con maggiore efficienza e selettività. Eliminando la dipendenza dai metalli preziosi e migliorando la riciclabilità del catalizzatore, abbiamo affrontato sfide cruciali nella sintesi organica su larga scala, aprendo la strada a una produzione chimica più sostenibile ed economicamente fattibile."
In questo studio, il team ha sviluppato un tipo speciale di fotocatalizzatore di rame che può aiutare a rendere le molecole di ciclobutano più efficienti. Hanno preparato con successo un fotosensibilizzatore stabile eterogeneo di triplette di rame costruendo complessi eterolettici di rame(I) binap-legati nei pori di strutture metallo-organiche (MOF) a base di zirconio.
Dopo l'eterogeneizzazione, le specie reattive di rame (I) negli stati fotoeccitati mostrano maggiori energie di transizione e durata, che sono essenziali per aumentare l'efficienza catalitica nelle cicloaddizioni [2+2] mediate dal trasferimento di energia di stireni con una varietà di olefine, comprese quelle carenti di elettroni alcheni.
A differenza dei corrispondenti fotocatalizzatori di rame omogenei, il fotocatalizzatore di rame supportato da MOF presenta elevata stabilità e attività catalitica e può essere riciclato più cicli senza decomposizione del catalizzatore.
Questo lavoro fornisce un approccio generale e interdisciplinare alla progettazione di fotocatalizzatori di rame altamente reattivi per un'ampia gamma di reazioni organiche pratiche e potrebbe contribuire a rendere il processo di produzione di diversi composti bioattivi più semplice ed efficiente in futuro.
Ulteriori informazioni: Jun Guo et al, Cicloaddizioni intermolecolari incrociate [2+2] mediate dalla luce visibile utilizzando un fotosensibilizzatore tripletta di rame supportato da MOF, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-024-01112-9
Fornito dall'Università di Hong Kong
