Desarrollan una nueva metodología que permite la síntesis de sistemas alílicos funcionalizados con control de la estereoquímica utilizando la luz como fuente de energía
La preparación de compuestos alílicos sustituidos ha atraído el interés de muchos científicos debido a su utilidad como materiales de partida en síntesis orgánica. Las estrategias más utilizadas para la funcionalización de sistemas alílicos son la reacción de Tsuji-Trost (utilizando metales de transición, generalmente tóxicos) o el uso de ácidos de Lewis los cuales son derivados de metales. Estas estrategias permiten obtener derivados alílicos funcionalizados con gran eficiencia, pero sólo con estereoquímica E.
Durante la última década, el uso de la fotocatálisis, basada en el uso de moléculas foto activas como catalizadores, ha abierto la puerta al desarrollo de nuevos métodos sintéticos que dan acceso a una amplia gama de moléculas activas, generalmente radicales, generadas en presencia de luz, las cuales, siguiendo distintas vías, dan acceso a productos de gran valor farmacológico y agrícola. Un ejemplo de ello es la reacción de arilación fotocatalítica, descrita por primera vez hace cinco años.
Sin embargo, la versión fotocatalítica de la reacción de alilación era desconocida hasta ahora, a pesar que permitiría sintetizar derivados alílicos funcionalizados sin la necesidad de utilizar metales y en presencia de luz como fuente de energía la cual es barata y sostenible. Esto era debido a que no se había encontrado un fotocatalizador capaz de absorber luz y que tuviera unos potenciales redox suficientes para romper un enlace C-O y formar el carbocatión necesario para dar lugar a la reacción deseada.
Catalizador adecuado y generación de un catión
La clave del éxito de este trabajo ha sido el descubrimiento de una familia de catalizadores (derivados de 10-fenilfenotiazina) los cuales, en presencia de luz, pasan a un estado excitado (de mayor energía) y, mediante un proceso redox, transfieren un electrón al sistema alílico (reducción) provocando la ruptura de un enlace C-O y generando el radical alilo. Posteriormente, estos mismo fotocatalizadores oxidados son capaces de coger un electrón (reduciéndose) del radical formado y formar el intermedio catiónico que por reacción con moléculas ricas en electrones (heterociclos, alcoholes y aminas) dan lugar a la formación de los derivados alílicos funcionalizados deseados.
Además, hay que destacar que, por primera vez, se ha descrito la síntesis de compuestos alílicos con estereoquímica Z a partir de los correspondientes acetatos de alilo con estereoquímica E. Esto supone un gran avance debido a que todas las metodologías descritas hasta el momento para la funcionalización de sistemas alílicos daban lugar, únicamente, a los compuestos con estereoquímica E y nunca a los Z. Además, dependiendo del catalizador utilizado y de la longitud de onda de la luz utilizada (UV o azul) se pueden sintetizar los compuestos Z o E de manera cromoselectiva (se obtiene uno u otro isómero dependiendo de la luz utilizada).
Por último, y en colaboración con el grupo del doctor Victor de la Peña O’Shea (IMDEA Energia) ha sido posible determinar el mecanismo que controla esta reacción fotocatalizada. Para ello, ha sido necesario realizar estudios de fotólisis de destello láser, diferentes pruebas mecanísticas y fotoquímicas, y cálculos DFT. La conjunción de todo ello, ha permitido establecer que, posiblemente, la reacción transcurre a través del ataque de un nucleófilo (heterociclo, alcohol o amina) a un catión alílico intermedio. Hay que destacar que es la primera vez que se describe la formación de un carbocatión en reacciones fotocatalizadas.
Referencia bibliográfica:
Martínez-Gualda, A. M.; Cano, R.; Marzo, L.; Pérez-Ruiz, R.; Luis-Barrera, J.; Mas-Ballesté, R.; Fraile, A.; de la Peña O’Shea, V. A.; Alemán, J. “Chromoselective access to Z- or E- allylated amines and heterocycles by a photocatalytic allylation reaction” Nat. Commun. 2019, 10, 2634. DOI: 10.1038/s41467-019-10441-4.
