A química moderna busca cada vez máis procesos sustentables, que reduzan o consumo enerxético e eviten o uso de materiais difíciles de recuperar ou contaminantes. Un exemplo especialmente prometedor é a fotocatálise, unha técnica que emprega luz para promover reaccións químicas, substituíndo métodos convencionais máis agresivos. Porén, moitos dos fotocatalizadores dispoñibles actualmente son homoxéneos, é dicir, disólvense no medio de reacción e non se poden recuperar nin reutilizar facilmente, o que xera residuos e encarece o proceso.
Ademais, a maioría funcionan con luz azul ou ultravioleta, que consome máis enerxía e ten unha penetración limitada, dificultando a súa aplicación en procesos a gran escala ou en contornos biolóxicos. Neste contexto, investigadores do Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) da Universidade de Santiago de Compostela desenvolveron un método innovador e máis sustentable que utiliza luz vermella —de baixa enerxía e alta capacidade de penetración— en combinación con catalizadores sólidos reciclables, para promover reaccións químicas de forma eficiente e limpa. O traballo demostra o potencial das redes orgánicas covalentes (COFs) como fotocatalizadores heteroxéneos activos baixo luz vermella, un campo aínda pouco explorado. Esta combinación —materiais reciclables e luz suave— representa un avance significativo cara a métodos químicos máis respectuosos co medio.
Os COFs son materiais porosos e ordenados formados pola unión controlada de bloques orgánicos, como se fosen “estruturas de LEGO” a escala molecular. Comparten algunhas propiedades cos MOFs (materiais recoñecidos nos últimos Premios Nobel de Química), pero son totalmente orgánicos e destacan pola súa versatilidade estrutural, estabilidade química e capacidade para absorber luz. Neste traballo, o equipo do CiQUS deseñou un COF especial incorporando un fragmento molecular fotoactivo (baseado nunha estrutura de benzotiadiazol), capaz de absorber luz vermella e xerar as especies reactivas necesarias para iniciar a transformación química. Ao tratarse dun sólido insoluble, o material recupérase facilmente despois da reacción e pode reutilizarse polo menos seis veces sen perda de rendemento, algo que non é posible cos fotocatalizadores homoxéneos convencionais.
Para demostrar o alcance desta estratexia, os investigadores aplicaron o novo COF a unha reacción modelo de sulfonilación directa de enlaces C–H en anilinas, que permite obter sulfonas, compostos presentes en numerosas moléculas bioactivas e farmacéuticas. Estes grupos funcionais melloran propiedades como a estabilidade ou a afinidade por dianas biolóxicas, polo que desenvolver métodos directos, limpos e versátiles para producilo a partir de materias primas sinxelas é de grande interese para a síntese orgánica e a industria química. Con cantidades mínimas de catalizador e baixo condicións suaves, o sistema logrou transformar eficientemente unha ampla variedade de compostos, evidenciando o seu potencial para aplicacións reais.
Este traballo é tamén un exemplo de colaboración interna e sinerxía científica dentro do CiQUS. Por unha banda, o grupo liderado por Martín Fañanás Mastral achegou a súa experiencia en síntese orgánica e fotocatálise; pola outra, o equipo de Manuel Souto deseñou e preparou os COFs fotoactivos. A combinación destas dúas áreas de especialización foi clave para o éxito do estudo, que contou co apoio do programa CiQUS-Synergy, destinado a fomentar a cooperación entre grupos do propio centro. O CiQUS conta co recoñecemento CIGUS da Xunta de Galicia, que acredita a calidade e impacto da súa investigación, e recibe apoio financeiro da Unión Europea a través do Programa Galicia FEDER 2021-2027.
Este avance, publicado na revista Journal of the American Chemical Society, abre a porta a novas aplicacións dos COFs en procesos fotocatalíticos sustentables, non só en síntese orgánica, senón tamén noutros ámbitos onde a luz vermella ofrece vantaxes claras, como a biomedicina. Ademais, demostra como a colaboración entre disciplinas dentro dun mesmo centro pode dar lugar a desenvolvementos científicos punteiros.
A investigación, froito da sinerxía entre os grupos do CiQUS liderados por Martín Fañanás e Manuel Souto, presenta un método fotocatalítico máis sustentable baseado en materiais sólidos reutilizables e luz de baixa enerxía. | 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