As células fotoeletroquímicas (PEC) são amplamente estudadas para a conversão de energia solar em combustíveis químicos. Eles usam fotocátodos e fotoanodos para "dividir" a água em hidrogênio e oxigênio, respectivamente. As células PEC podem funcionar em condições moderadas com luz, o que os torna também adequados para outras reações catalisadoras que transformam moléculas orgânicas em produtos químicos de alto valor agregado, como aqueles usados ​​para desenvolver drogas.

Contudo, As células PEC raramente foram usadas em síntese orgânica até agora, exceto em algumas tentativas conceituais recentes que testaram apenas um punhado de substratos simples. Geral, As células PEC permanecem amplamente inexploradas para metodologias sintéticas de amplo escopo de moléculas orgânicas funcionais.

Eles podem, no entanto, ser mais úteis em um dos métodos sintéticos mais atraentes para produtos farmacêuticos e agroquímicos, denominado "aminação direta". Envolve adicionar um grupo amina a uma molécula orgânica sem pré-ativar a molécula por uma etapa de processamento adicional.

A aminação direta normalmente requer altas temperaturas, e também precisa do que é conhecido como "grupo de direção - uma unidade química que fixa o local da reação, mas não tem outras funções, e que frequentemente deve ser removido antes de usar o novo composto nas aplicações.

Agora, os laboratórios de Xile Hu e Michael Grätzel no Instituto de Ciências Químicas e Engenharia (ISIC) da EPFL desenvolveram um novo método para aminar arenos - hidrocarbonetos com um anel em sua estrutura - sem a necessidade de um grupo diretor.

"Nosso método é operacionalmente simples e pode ser usado para sintetizar uma ampla gama de heterociclos contendo nitrogênio relevantes para a descoberta de drogas, "escreve Lei Zhang, o principal autor do estudo. Provando o ponto, os pesquisadores usaram seu método para fazer várias moléculas farmacêuticas, incluindo derivados do relaxante muscular metaxalona e o antimicrobiano cloreto de benzetônio.

Com base em uma célula PEC, o método catalisa a reação com luz e de baixo custo, Hematita semicondutora abundante na Terra. "Estudos pioneiros no laboratório de Michael Grätzel produziram amostras robustas de hematita que são eficientes para separação de água, mas a hematita nunca foi usada para catalisar a síntese orgânica, "diz Hu.

No estudo atual, hematita funcionou bem para aminação direta sob luz visível, enquanto sua alta estabilidade promete uma longa vida útil como um catalisador de trabalho. E porque colhe luz, a fotoeletrocatálise usada aqui consome menos energia do que a eletrocatálise direta.

"Esta é uma importante demonstração do princípio do uso de células PEC para a produção de produtos químicos e farmacêuticos de alto valor agregado, "diz Hu." O trabalho mescla dois campos tradicionalmente separados, nomeadamente fotoeletroquímica e síntese orgânica. Existem muitas oportunidades inexploradas para esta abordagem, e estamos ansiosos para explorar ainda mais essas oportunidades. "