¿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).