O professor Jian He, do Departamento de Química da Universidade de Hong Kong (HKU), liderou um esforço de pesquisa que visa revolucionar a síntese orgânica. Sua equipe de pesquisa desenvolveu com sucesso um novo fotocatalisador de cobre heterogêneo que permite a formação eficiente de anéis de ciclobutano, um elemento estrutural crucial em uma vasta gama de moléculas bioativas.



Os anéis de ciclobutano são apresentados com destaque em produtos farmacêuticos, produtos naturais e vários compostos biologicamente ativos. Ao permitir que os investigadores construíssem estes anéis de forma fácil e selectiva, a equipa do Professor He conseguiu um maior controlo sobre a síntese destas moléculas vitais. Os resultados da pesquisa foram publicados recentemente na Nature Catalysis .

Nas últimas duas décadas, fotocatalisadores de luz visível têm sido empregados para conduzir tais transformações através de cicloadições fotoquímicas [2+2]; no entanto, o seu âmbito de substrato tem sido limitado. Além disso, os sistemas fotocatalíticos existentes baseiam-se frequentemente em catalisadores homogéneos de metais preciosos, o que representa desafios na reciclagem de catalisadores e dificulta a síntese orgânica em larga escala.

Abordando essas limitações de frente, o professor He e sua equipe desenvolveram um fotocatalisador de cobre heterogêneo inovador. Este catalisador facilita efetivamente os processos de transferência de energia para uma variedade de cicloadições cruzadas intermoleculares [2+2], incluindo aquelas anteriormente inacessíveis na fotocatálise homogênea convencional. Este novo sistema de reação possui excelente estabilidade catalítica e reciclabilidade, e não depende de metais preciosos, tornando-o mais sustentável econômica e ambientalmente.

O professor He expressou grande entusiasmo pelo impacto potencial desta descoberta, afirmando:"Nosso novo fotocatalisador de cobre heterogêneo abre novas possibilidades para a síntese de moléculas bioativas com maior eficiência e seletividade. Ao eliminar a dependência de metais preciosos e melhorar a reciclabilidade do catalisador, abordamos desafios críticos na síntese orgânica em larga escala, abrindo caminho para uma produção química mais sustentável e economicamente viável."

Principais descobertas

Neste estudo, a equipe desenvolveu um tipo especial de fotocatalisador de cobre que pode ajudar a produzir moléculas de ciclobutano de forma mais eficiente. Eles prepararam com sucesso um fotossensibilizador triplo de cobre heterogêneo estável, construindo complexos heterolépticos de cobre (I) ligados a binap nos poros de estruturas metal-orgânicas (MOFs) à base de zircônio.

Após a heterogeneização, as espécies reativas de cobre (I) em estados fotoexcitados apresentam energias de transição e tempo de vida aumentados, o que é essencial para aumentar a eficiência catalítica em cicloadições [2+2] mediadas por transferência de energia de estirenos com uma variedade de olefinas, incluindo deficientes em elétrons alcenos.

Ao contrário dos fotocatalisadores de cobre homogêneos correspondentes, o fotocatalisador de cobre suportado por MOF exibe alta estabilidade e atividade catalítica e pode ser reciclado em múltiplas execuções sem decomposição do catalisador.

Este trabalho fornece uma abordagem geral e interdisciplinar para projetar fotocatalisadores de cobre altamente reativos para uma ampla gama de reações orgânicas práticas, e pode ajudar a tornar o processo de produção de diversos compostos bioativos mais fácil e eficiente no futuro.

Mais informações: Jun Guo et al, Cicloadições cruzadas intermoleculares mediadas por luz visível [2+2] usando um fotossensibilizador tripleto de cobre suportado por MOF, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-024-01112-9
Fornecido pela Universidade de Hong Kong