Le professeur Jian He, du département de chimie de l'Université de Hong Kong (HKU), a dirigé un projet de recherche visant à révolutionner la synthèse organique. Son équipe de recherche a développé avec succès un nouveau photocatalyseur hétérogène au cuivre qui permet la formation efficace de cycles cyclobutane, un élément structurel crucial dans une vaste gamme de molécules bioactives.
Les anneaux cyclobutane sont présents en bonne place dans les produits pharmaceutiques, les produits naturels et divers composés biologiquement actifs. En permettant aux chercheurs de construire ces anneaux facilement et de manière sélective, l'équipe du professeur He a acquis un meilleur contrôle sur la synthèse de ces molécules vitales. Les résultats de la recherche ont récemment été publiés dans Nature Catalysis. .
Au cours des deux dernières décennies, des photocatalyseurs à lumière visible ont été utilisés pour piloter de telles transformations par le biais de cycloadditions photochimiques [2+2] ; cependant, leur portée en matière de substrats a été limitée. De plus, les systèmes photocatalytiques existants reposent souvent sur des catalyseurs homogènes en métaux précieux, ce qui pose des problèmes de recyclage des catalyseurs et empêche la synthèse organique à grande échelle.
S'attaquant de front à ces limites, le professeur He et son équipe ont développé un photocatalyseur hétérogène innovant en cuivre. Ce catalyseur facilite efficacement les processus de transfert d'énergie pour une gamme de cycloadditions croisées intermoléculaires [2+2], y compris celles auparavant inaccessibles dans la photocatalyse homogène conventionnelle. Ce nouveau système de réaction présente une excellente stabilité du catalyseur et une excellente recyclabilité, et il ne repose pas sur des métaux précieux, ce qui le rend plus durable sur le plan économique et environnemental.
Le professeur He a exprimé son grand enthousiasme quant à l'impact potentiel de cette découverte, déclarant :« Notre nouveau photocatalyseur hétérogène au cuivre ouvre de nouvelles possibilités pour la synthèse de molécules bioactives avec une efficacité et une sélectivité améliorées. En éliminant la dépendance aux métaux précieux et en améliorant la recyclabilité du catalyseur, nous avons résolu le problème. des défis critiques dans la synthèse organique à grande échelle, ouvrant la voie à une production chimique plus durable et économiquement viable."
Dans cette étude, l’équipe a développé un type spécial de photocatalyseur au cuivre qui peut aider à fabriquer plus efficacement les molécules de cyclobutane. Ils ont réussi à préparer un photosensibilisateur triplet de cuivre hétérogène stable en construisant des complexes hétéroleptiques de cuivre (I) binap-ligaturés dans les pores de structures métal-organiques (MOF) à base de zirconium.
Lors de l'hétérogénéisation, les espèces réactives de cuivre (I) dans les états photoexcités présentent des énergies de transition et une durée de vie accrues, ce qui est essentiel pour augmenter l'efficacité catalytique dans les cycloadditions [2 + 2] médiées par le transfert d'énergie de styrènes avec une variété d'oléfines, y compris celles déficientes en électrons. alcènes.
Contrairement aux photocatalyseurs en cuivre homogènes correspondants, le photocatalyseur en cuivre sur support MOF présente une stabilité et une activité catalytique élevées, et peut être recyclé plusieurs fois sans décomposition du catalyseur.
Ce travail fournit une approche générale et interdisciplinaire pour concevoir des photocatalyseurs au cuivre hautement réactifs pour un large éventail de réactions organiques pratiques, et pourrait contribuer à rendre le processus de production de divers composés bioactifs plus facile et plus efficace à l'avenir.
Plus d'informations : Jun Guo et al, Cycloadditions croisées intermoléculaires [2+2] médiées par la lumière visible à l'aide d'un photosensibilisateur triplet de cuivre supporté par MOF, Nature Catalysis (2024). DOI :10.1038/s41929-024-01112-9
Fourni par l'Université de Hong Kong
