La química moderna busca cada vez más procesos sostenibles, que reduzcan el consumo energético y eviten el uso de materiales difíciles de recuperar o contaminantes. Un ejemplo especialmente prometedor es la fotocatálisis, una técnica que utiliza luz para promover reacciones químicas, reemplazando métodos convencionales más agresivos. Sin embargo, muchos de los fotocatalizadores disponibles en la actualidad son homogéneos, es decir, se disuelven en el medio de reacción y no pueden recuperarse ni reutilizarse fácilmente, lo que genera residuos y encarece el proceso. Además, la mayoría funciona con luz azul o ultravioleta, que consume más energía y tiene una penetración limitada, dificultando su aplicación en procesos a gran escala o en entornos biológicos.
En este contexto, investigadores del Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) de la Universidad de Santiago de Compostela han desarrollado un método innovador y más sostenible que utiliza luz roja —de baja energía y alta capacidad de penetración— en combinación con catalizadores sólidos reciclables, para promover reacciones químicas de forma eficiente y limpia. El trabajo demuestra el potencial de las redes orgánicas covalentes (COFs) como fotocatalizadores heterogéneos activos bajo luz roja, un campo todavía poco explorado. Esta combinación —materiales reciclables y luz suave— representa un avance significativo hacia métodos químicos más sostenibles.
Los COFs son materiales porosos y ordenados formados por la unión controlada de bloques orgánicos, como si fueran “estructuras de LEGO” a escala molecular. Comparten algunas propiedades con los MOFs (materiales que fueron reconocidos en los últimos Premios Nobel de Química) pero son puramente orgánicos, y destacan por su versatilidad estructural, estabilidad química y capacidad para absorber luz. En este trabajo, el equipo de CiQUS diseñó un COF especial incorporando un fragmento molecular fotoactivo (basado en una estructura de benzotiadiazol), capaz de absorber luz roja y generar las especies reactivas necesarias para iniciar la transformación química. Al ser un sólido insoluble, el material se recupera fácilmente tras la reacción y puede reutilizarse al menos seis veces sin pérdida de rendimiento, algo que no es posible con los fotocatalizadores homogéneos convencionales.
Para demostrar el alcance de esta estrategia, los investigadores aplicaron el nuevo COF a una reacción modelo de sulfonilación directa de enlaces C-H en anilinas, que permite obtener sulfonas, compuestos presentes en numerosas moléculas bioactivas y farmacéuticas. Estos grupos funcionales mejoran propiedades como la estabilidad o la afinidad por dianas biológicas, por lo que desarrollar métodos directos, limpios y versátiles para producirlos a partir de materias primas sencillas es de gran interés para la síntesis orgánica y la industria química. Con cantidades mínimas de catalizador y bajo condiciones suaves, el sistema logró transformar eficientemente una amplia variedad de compuestos, evidenciando su potencial para aplicaciones reales.
Este trabajo es además un ejemplo de colaboración interna y sinergia científica dentro del CiQUS. Por un lado, el grupo liderado por Martín Fañanás Mastral aportó su experiencia en síntesis orgánica y fotocatálisis; por otro, el equipo de Manuel Souto diseñó y preparó los COFs fotoactivos. La combinación de estas dos áreas de especialización ha sido clave para el éxito del estudio, que ha contado con el apoyo del programa CiQUS-Synergy, destinado a fomentar la cooperación entre grupos del propio centro. El CiQUS cuenta con el reconocimiento CIGUS de la Xunta de Galicia, que acredita la calidad e impacto de su investigación, y recibe apoyo financiero de la Unión Europea a través del Programa Galicia FEDER 2021-2027.
Este avance, publicado en la revista Journal of the American Chemical Society, abre la puerta a nuevas aplicaciones de los COFs en procesos fotocatalíticos sostenibles, no solo en síntesis orgánica, sino también en otros ámbitos donde la luz roja ofrece ventajas claras, como la biomedicina. Además, demuestra cómo la colaboración entre disciplinas dentro de un mismo centro puede dar lugar a desarrollos científicos punteros.
La investigación, fruto de la sinergia entre los grupos del CiQUS liderados por Martín Fañanás y Manuel Souto, presenta un método fotocatalítico más sostenible basado en materiales sólidos reutilizables y luz de baja energía. | Ilustración: Eugenio Vázquez Sentís
Referencia
Red-Light-Driven C(sp2)–H Sulfonylation of Anilines Using a Recyclable Benzothiadiazole-Based Covalent Organic Framework. Saúl Alberca, Akshay M. Nair, Paula Escamilla, Pedro Ferreira, Manuel Souto, and Martín Fañanás-Mastral. Journal of the American Chemical Society Article ASAP
DOI: 10.1021/jacs.5c12697