La indústria farmacèutica necessita cada cop més noves eines metodològiques que permetin sintetitzar ingredients actius de forma més específica, construint nous enllaços de forma més eficaç i estalviant etapes de purificació, duent-les a terme en condicions més suaus i sostenibles. La química del iode hipervalent està cada cop més present en el camp de la síntesi orgànica. Entre les diverses aplicacions, els derivats de iode amb un estat d’oxidació elevat destaquen pel seu paper com a agents oxidants i de transferència de grups electròfils. No obstant això, en els darrers anys, han sorgit diversos patrons de reactivitat innovadors dels reactius λ3-iodans, els quals ofereixen noves oportunitats pel desenvolupament de metodologies sintètiques.
Noves metodologies sintètiques basades en halògens hipervalents
En aquest context, el Dr. Wei Wen Chen ha dut a terme la seva tesi doctoral a IQS, on ha desenvolupat noves metodologies sintètiques basades en la química dels halògens hipervalents, com a eina per a explorar noves transformacions i estratègies de disseny d’estructures amb alta selectivitat. Sota el títol The hypervalent halogen chemistry as enabling tool for new C-H coupling reactivity and structure design, la tesi s’ha dut a terme en el grup de recerca CRISOL – Chemical Reactions for Innovative SOLutions, codirigida per la professora Dra. Ana Belén Cuenca del Departament de Química Orgànica y Farmacèutica d’IQS, i el Dr. Alexandr Shafir de l’Institut de Química Avançada de Catalunya – IQAC.
A la seva tesi, el Dr. Chen ha explorat la reactivitat d’espècies orgàniques, que contenen halògens hipervalents, amb diversos compostos organometàl·lics, centrant-se especialment en l’ús d’organometal·loides basats en bor i silici.
Nous acoblaments C-H
La modificació de l’enllaç carboni-hidrogen (C-H), el més abundant en les molècules orgàniques, és una tasca molt complicada mitjançant l’ús de metodologies clàssiques, a causa de condicions de reacció extremes, l’ús de metalls de transició i la baixa selectivitat. En aquesta tesi s’han proporcionat noves reactivitats a partir d’espècies de tipus PhIX2, on destaca la capacitat de certs intermedis de iode (III) transitoris per facilitar la transferència d’un grup al nucli de iode arè, amb el resultat d’un acoblament C-H sense catalitzador metàl·lic, de forma selectiva i en condicions molt suaus. Concretament, el grup (diacetoxi)iode actua com a element director, facilitant la introducció selectiva de certs fragments orgànics en les posicions orto o para respecte a l’àtom de iode de l’anell aromàtic.
Entre els èxits d’aquesta transformació destaca la alta eficàcia observada en l’acoblament tipus iodoni-Claisen de precursors de iode hipervalent amb derivats d’al·lil silà, que ha permès la formació de més de 50 exemples de compostos iodearens orto-al·lilats. El potencial sintètic d’aquests orto-iodo al·lilarens s’ha demostrat en una varietat de transformacions, que van des de la migració de doble enllaçi reaccions tipus olefinació, fins a la síntesi de compostos més rellevants, com intermedis sintètics versàtils, o derivats de molècules amb semblança a fàrmacs.
Publicació relacionada
Wei W. Chen et al, Iodane-Guided ortho C−H Allylation, Angewandte Chemie International Edition, 2020, 59, 45, 20201-20207
Gem-dimetal·loides com a nucleòfils versàtils
En un altre apartat de la seva recerca, el Dr. Chen amplia el panorama sintètic dels versàtils compostos bencílics gem-α,α-dimetal·loides basats en bor/silici, abastant des de la generació d’aquestes espècies fins a les seves aplicacions en reactivitat. Les diferències inherents de reactivitat entre els dos enllaços carboni-metal·loide s’han aprofitat per generar dues metodologies ortogonals que permeten modificar els fragments C-Si i C-B de manera quimioselectiva. Per una banda, sota la influència de les espècies de iodearens hipervalents, s’ha aconseguit una arilació selectiva del fragment C-Si. Per altra banda, s’ha demostrat que el fragment C-B d’aquests derivats gem-dimetàl·lics experimenta una arilació eficient i quimioselectiva de tipus Suzuki-Miyaura, amb diversos Ar-Cl.
La metodologia desenvolupada proporciona una base sòlida pel desenvolupament de mètodes addicionals dirigits a la construcció modular i iterativa de centres de carboni multi substituïts, una tasca de gran importància en la química sintètica actual.
Publicació relacionada
Relacionat amb aquesta part de la recerca, el grup ha publicat un article que es troba entre les publicacions més populars de Química Orgànica de la Royal Society.
Wei W. Chen et al, Exploring the benzylic gem-C(sp3)-boron-silicon and boron-tin centres as a synthetic platform, Chemical Science, 2021, 12, 10514-10521
Aplicació de les sals de diaril-iodoni
Finalment, gràcies a la recerca duta a terme pel Dr. Chen, ha estat possible ampliar l’espai estructural de les sals de diaril-iodoni amb una nova família d’estructures cícliques que contenen dos halògens hipervalents en un anell, les quals no existien en la literatura fins ara. Aquestes noves arquitectures rígides representen una plataforma interessant per a generar noves geometries moleculars tipus “barra angular”, gràcies a l’angle proper a 90° característic de la unitat C-I-C. A més, s’ha pogut demostrar que els parells de vectors àcids de iode(III) es poden ajustar mitjançant la modificació de l’anell aromàtic, obrint així l’exploració a nous mètodes d’unió quelant i pont.
Publicació relacionada
Wei W. Chen et al, Cyclic Homo- and Heterohalogen di-λ3-diarylhalonium Structures, Journal of American Chemical Society. 2023, 145, 25, 13796–13804
Aquesta tesi ha rebut finançament dins del projecte BISiBonds – Nous models de síntesi, dins del Pla Estatal de Projectes R+D+i 2020 del Ministeri de Ciència i Innovació / Agència Estatal d’Innovació
COL·LABORADORS
