UNA NUEVA FORMA DE APROVECHAR EL INDESEADO CO2

Arsen Stakhiv

En los últimos años, la reacción de cicloadición de CO₂ a epóxidos ha sido muy estudiada por ser una buena estrategia de aprovechar el CO₂ de la atmósfera para obtener productos de valor añadido, tales como carbonatos cíclicos. Dentro de los epóxidos investigados, el más interesante es la epiclorhidrina (ECH), ya que puede ser producida a partir de la glicerina derivada de aceite vegetal.

A escala industrial, la reacción de cicloadición de CO₂ a epóxidos se lleva a cabo a elevadas temperatura y presión y en presencia de metales catalizadores, lo que supone un importante esfuerzo sintético. Como alternativa a esta síntesis catalizada por metales, en los años recientes se ha preparado un gran número de líquidos poli-iónicos para la catálisis heterogénea de reacciones de condensación, transesterificación o carbonación de epóxidos. Muchos trabajos se han centrado en los líquidos poli-iónicos de imidazolio o los basados en sales de amonio.

Maya et al., han sintetizado la sal de poli(azometina-piridinio) asistida por irradiación de microondas para obtener un líquido poli-iónico de elevada estabilidad térmica, semiconductor, con buenas propiedades mecánicas y elevada insolubilidad en disolventes orgánicos.

Ilustración 1. Sal de poli(azometino-piridinio), PAM – PyMe (Cl)

El uso de la sal de poli(azometino-piridinio) ha demostrado ser un catalizador muy eficiente en la cicloadición de dióxido de carbono a epiclorhidrina, con un 98 % de conversión del epóxido y un 100 % de selectividad, para obtener el correspondiente carbonato de cloropropileno.

Ilustración 2. Esquema general de la reacción de cicloadición de CO₂ a epiclorhidrina catalizada por sales de PAM - PyMe (Cl).

Este estudio es una prueba más de la eficacia de los líquidos iónicos como catalizadores heterogéneos para una gran variedad de reacciones químicas, y su fácil y rápida preparación los convierten en reactivos muy atractivos frente a los convencionales catalizadores metálicos.

Maya, E. M., Verde-sesto, E., Mantione, D., Iglesias,M., & Mecerreyes, D. (2019). New poly(ionic liquid)s based on poly(azomethine-pyridinium) salts and its use as heterogeneous catalysts for CO2 conversion. EuropeanPolymer Journal, 2018, 110, 107–113. 

EL PODER DEL MICROONDAS EN SÍNTESIS ORGÁNICA

Alejandro Escudero Manzano

Un fármaco ProTide consiste en un nucleósido unido a un grupo fosforamidato. Estos son muy utilizados en tratamientos contra el cáncer y enfermedades virales por lo que se ha buscado mejorar las condiciones de reacción para lograr un mayor rendimiento en menos tiempo.

Si nos centramos en la última etapa de la síntesis, (la fosforamidación de nucleósidos) vemos que hay dos enfoques principales. Uno (condición a) es utilizando una base fuerte para activar el nucleósido según el método Uchiyama [1] y otro (condición b) es activando el fosforamidocloridato mediante el N-1-metilimidazol [2].

El problema es que ambos métodos tienen ciertas limitaciones: poca solubilidad del nucleósido original, bajo rendimiento (10-42%), tiempos de reacción largos (4-48 horas) y hay que proteger y desproteger a los grupos hidroxilo del azúcar.

Por esta razón, se ha aplicado irradiación por microondas en esta síntesis para lograr mejores resultados y sí se han obtenido [3]. Se ha logrado la formación del 5’-ProTide con rendimientos bastante buenos (13-97%) y con una reducción considerable del tiempo de reacción (disminución de 2-250 veces).

Esto abre numerosas puertas para facilitar la síntesis de nuevos ProTides farmacéuticamente relevantes en el futuro.

Bibliografía

[1] M. Uchiyama, Y. Ho, TR Noyori y YJ Hayakawa, Fosforilación O-selectiva de nucleósidos sin protección N, J. Org. Chem., 1993, 58, 373 —379.

[2] U. Pradere, EC Garnier-Amblard, SG Coats, F. Amblard y RF Schinazi, Síntesis de profármacos de fosfato y fosfonato de nucleósidos, Chem. Rev., 2014, 114 , 9154 —9218.

[3] C. Bordoni, C. M. Cima, E. Azzali, G.Costantino and A. Brancale, RSC Adv., 2019, 9, 20113.

APROVECHEMOS LAS FUENTES RENOVABLES DE MATERIA PRIMA NO PERJUDICIALES PARA EL MEDIO AMBIENTE Y DISMINUYAMOS LA DEPENDENCIA MUNDIAL

María del Carmen Soler Sáez

El dióxido de carbono, CO₂, es una fuente de carbono económica y renovable especialmente activa para la producción de combustibles y productos químicos debido a su bajo costo, alta abundancia y relativa falta de toxicidad. El metanol es uno de los productos químicos más atractivos y demandados puesto que permite la preparación de muchos productos químicos comerciales de alto valor. La demanda mundial de metanol en 2016 fue de casi 80 millones de toneladas métricas.

          Nilay Hazari y Wesley H.Bernskoetter junto al resto de investigadores^[1] describen un complejo de pinzas de hierro (II) homogéneo para la generación catalítica de metanol a partir de CO₂ y H₂ a través de un proceso de dos pasos. La reducción de CO₂ ocurre a través del acoplamiento inicial con H₂ y una amina para dar una formamida. Posteriormente, la formamida se somete a hidrogenación desaminativa catalítica para proporcionar metanol y regenerar la amina.^[2]

          Estos sistemas de pinzas de hierro son los promotores de metales básicos más activos y productivos para varias transformaciones catalíticas que permiten lograr elevados TON (moles de producto obtenido/ moles de catalizador) con la adición de cocatalizadores basados en ácidos de Lewis. Por lo tanto, estos catalizadores soportados por los ligandos PNP son excelentes candidatos para estudiar la hidrogenación de CO₂ a metanol en presencia de una amina, ya que pueden realizar los dos pasos independientes en la reacción en tándem propuesta.^[3]

          Aunque se han utilizado fundamentalmente sistemas de metales preciosos, complejos de rutenio, como catalizadores en reacciones de hidrogenación catalítica de CO₂ para la obtención de metanol, el desarrollo de catalizadores metálicos económicos y abundantes en la tierra para esta reacción proporcionaría una alternativa más sostenible.

Bibliografía:

[1] Lane, E. M.; Zhang, Y.; Hazari, N.; Bernskoetter, W. H. Sequential Hydrogenation of CO₂ to Methanol Using a Pincer Iron Catalyst. Organometallics 2019, 38, 3084–3091, DOI:10.1021/acs.organomet.9b00413

[2] Huff, C. A.; Sanford, M. S. Cascade Catalysis for the Homogeneous Hydrogenation of CO₂ to Methanol. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18122– 18125, DOI: 10.1021/ja208760j

[3] Alberico, E.; Sponholz, P.; Cordes, C.; Nielsen, M.; Drexler, H.-J.; Baumann, W.; Junge, H.; Beller, M. Selective Hydrogen Production from Methanol with a Defined Iron Pincer Catalyst under Mild Conditions. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 14162–14166, DOI: 10.1002/anie.201307224

¿PUNTOS CUÁNTICOS EN SÍNTESIS ORGÁNICA? DESCUBRE LA FOTOCATÁLISIS A LA CARTA

Julio Puigcerver Alarcón

Los anillos de ciclobutano son unos de los fragmentos más habituales en la estructura de muchos fármacos y moléculas bioactivas. La estrategia más común para sintetizar precursores con esta subestructura son las reacciones de cicloadición [2+2] entre alquenos inducidas por luz. Para que estas reacciones ocurran de una manera eficiente, es preciso que los sustratos alcancen un estado de excitación triplete (T₁)^[1], esto se consigue con la presencia de un “activador” capaz de excitarse con la luz y producir un tránsito de energía hacia el sustrato de la reacción.

Por otro lado, las cicloadiciones [2+2] presentan una gran variedad de posibilidades, tanto regio como estereoquímicas, a la hora de dar los productos. El trabajo de Emily A. Weiss et al.^[2] destaca precisamente por controlar de forma precisa la selectividad de estas reacciones, en concreto cicloadiciones entre derivados del ácido 4-vinilbenzoico. Y este control lo consiguen empleando puntos cuánticos coloidales de CdSe como activadores y como anclajes para aproximar los reactivos (Figura 1).

Fig. 1. Esquema del tránsito energético entre los puntos cuánticos y los reactivos y, del anclaje de los reactivos a la superficie del punto cuántico.^[2]

En este trabajo consiguen, en primer lugar, una regioselectividad de hasta un 98% para el producto de adición HH (Head-Head) o para el producto HT (Head-Tail) según en la posición en la que coloquen el grupo carboxílico (anclaje con el punto cuántico) en las moléculas de reactivos. Por otro lado, el hecho de que los sustratos se encuentren adheridos sobre una superficie hace que se obtenga mayoritariamente el diastereoisómero syn frente al anti con un 98% de exceso diastereomérico (Figura 2).

Fig. 2. Comparación de la regio- y diastereoselectividad de los productos empleando puntos cuánticos y Ir(ppy)₃ como activador.^[2]

Y, por último y más interesante, en una mezcla entre dos alquenos distintos, consiguen obtener mayoritariamente el producto de cicloadición heteromolecular, es decir, entre los dos alquenos diferentes. Y esto lo logran modificando el tamaño de los puntos cuánticos de tal forma que sus estados excitados se ven alterados “a la carta” para que solamente exciten a uno de los reactivos (Figura 3).

Fig. 3. Rendimientos obtenidos para los productos de cicloadición hetero- y homomolecular empleando distinto tamaño de punto cuántico y otros activadores.^[2]

Para concluir, es importante destacar la relevancia de este trabajo, ya que la mayoría de biomoléculas que presentan ciclobutanos en su estructura lo hacen con sustituyentes distintos.^[3] Por tanto, este método que favorece el acoplamiento heteromolecular, controlando además la regio- y la diastereoquímica, abre nuevas puertas en el campo de la síntesis orgánica de moléculas bioactivas.

[1] Hörmann, F. M., Chung, T. S., Rodriguez, E.,Jakob, M. & Bach, T. Evidence for triplet sensitization in thevisible-light-induced [2+2] photocycloaddition of eniminium ions. Angew.Chem. Int. Ed. 57, 827–831 (2018).

[2] Jiang, Y., Wang,C., Rogers, C.R. et al. Regio- and diastereoselectiveintermolecular [2+2] cycloadditions photocatalysed by quantum dots. Nat. Chem. 11, 1034–1040 (2019).

[3] Gutekunst, W. R. & Baran, P. S. Applications of C–H functionalization logic to cyclobutane synthesis. J. Org. Chem. 79, 2430–2452 (2014).