Un nuevo fotocatalizador permite una reducción eficiente de ésteres con luz azul

El dulce olor de las fresas y otras frutas se debe a un compuesto químico llamado éster, que también se encuentra en muchas grasas y poliésteres. El omnipresente compuesto puede descomponerse para producir alcoholes y otras sustancias químicas deseables para su uso en todas las industrias, incluidas la farmacéutica y la cosmética, pero el proceso puede ser costoso, tanto desde el punto de vista financiero como ambiental.

Ahora, un equipo de investigadores de los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón ha desarrollado un enfoque novedoso que utiliza la luz como fuente de energía. Publicaron sus hallazgos el 14 de junio en la Revista de la Sociedad Química Estadounidense.

En un movimiento aparentemente contrario a la intuición, para descomponer (o reducir, en el método químico) los ésteres, los científicos en realidad añaden electrones al compuesto. La adición de electrones obliga a los grupos que componen el éster a reducirse a componentes más básicos. Los métodos convencionales para la reducción de ésteres requieren una cantidad excesiva de reductores metálicos altamente reactivos y difíciles de manejar.

Ahora, los investigadores están investigando el uso de fotocatalizadores sostenibles. Se sabe que los fotocatalizadores o catalizadores que se activan cuando son excitados por la luz promueven un proceso de transferencia de electrones entre el catalizador y los compuestos orgánicos sin utilizar reductores metálicos altamente reactivos.

Los fotocatalizadores convencionales, que utilizan metales nobles caros y no renovables, reducen los compuestos orgánicos limitados y normalmente añaden sólo un electrón a los compuestos. El proceso, llamado transferencia de un solo electrón (SET), debe realizarse varias veces hasta que se agregue la cantidad deseada de electrones para lograr la reducción objetivo de ésteres.

«Durante la última década, las reacciones fotocatalíticas han ganado una atención significativa como métodos deseables y adecuados para los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas en síntesis orgánica», dijo el coautor correspondiente Shintaro Okumura, profesor asistente en el Instituto de Ciencia Molecular (IMS). ) del NINS.

«Los fotocatalizadores promueven reacciones redox utilizando luz visible como fuente de energía en ausencia de reductores metálicos. Sin embargo, las reacciones fotocatalíticas a través de un proceso de transferencia multielectrónica han estado menos desarrolladas, por lo que la reducción fotocatalítica de ésteres para formar alcoholes, que requiere cuatro electrones, sigue sin desarrollarse «La reducción fotocatalítica de ésteres para formar alcoholes es un desafío formidable porque requiere un proceso SET cuádruple sucesivo sin precedentes», dijo Okumura.

Para lograr este proceso SET cuádruple, los investigadores desarrollaron un fotocatalizador novedoso al que denominaron «N-BAP». Cuando se irradia con luz azul, el fotocatalizador inicia la reacción para producir un grupo químico que reacciona con el agua y un segundo grupo químico a base de carbono. Con la adición de oxalato, una molécula cargada negativamente que se encuentra ampliamente en la naturaleza, la reacción puede agregar cuatro electrones en rápida sucesión, lo que da como resultado los alcoholes deseados.

«La combinación del catalizador N-BAP con oxalato como reductor sin rastros permite la reducción rápidamente secuencial de cuatro electrones de ésteres para generar aniones carbinol, con la posterior protonación para dar alcoholes», dijo Okumura.

«Este trabajo podría allanar la novedosa transformación de los ésteres y se espera que contribuya a una sociedad sostenible como una síntesis orgánica verde adecuada para los ODS».