L’isosterisme BN, estratègiabasada en la substitució d’enllaços dobles C=C per unitats de bor-nitrogen (B-N) en estructures poliaromàtiques, permet modular una sèrie de propietats físiques crítiques d’aquestes molècules, com són la mobilitat electrònica i les energies de reorganització entre espècies reactives. Aquestes característiques converteixen aquests compostos en plataformes especialment atractives per el disseny de semiconductors orgànics de nova generació. Però, malgrat el seu potencial per revolucionar la optoelectrònica, la seva aplicació pràctica s’ha vist frenada durant dècades degut a la complexitat de sintetitzar aquestes molècules de manera eficient, i fer-ho, a més, a gran escala.
Noves rutes sintètiques per a semiconductors orgànics amb isosterisme BN
Tesis Doctorals
18 maig 2026
La Dra. Federica Rulli va defensar la seva tesi doctoral a IQS, en la qual ha desenvolupat noves metodologies sintètiques per obtenir estructures aromàtiques dopades amb BN, uns sistemes que presenten noves i atractives propietats optoelectròniques i semiconductores
Al Departament de Química Orgànica i Farmacèutica d’IQS, una de les línies de recerca del grup CRISOL – Chemical Reactions for Innovative Solutions és el desenvolupament de metodologies sintètiques d’avantguarda per a l’obtenció de compostos poliaromàtics dopats amb bor i nitrogen, com a plataforma per el disseny de nous semiconductors orgànics. L’objectiu del grup de recerca és doble: superar els reptes històrics en la síntesi d’aquestes estructures, a la vegada que aprofundir en la seva caracterització fotofísica, permetent el disseny de nous materials amb noves i atractives propietats semiconductores.
És en aquest context on la Dra. Federica Rulli ha realitzat la seva tesi doctoral, sota el títol New routes to BN Embedded Polyaromatics, en la qual ha explorat noves metodologies sintètiques basades en l’anell 4a,8a-azaboranaftalé, estructura que constitueix una plataforma versàtil per desenvolupar nous hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs) BN-dopats. L’objectiu principal ha estat optimitzar la síntesi del nucli BN-naftalè i desenvolupar estructures més complexes derivades d’aquest.
La tesi va ser dirigida per la Dra. Ana Belen Cuenca Gonzalez i el Dr. Raimon Puig de la Bellacasa Cazorla, en el marc del projecte BISiBonds.
Optimització de la síntesi del BN-naftalè i exploració de noves rutes sintètiques
Mitjançant una meticulosa reavaluació de les rutes sintètiques existents, la Dra. Rulli va identificar que el principal “coll d’ampolla” era l’etapa final de deshidrogenació, històricament ineficient i crítica. La innovació fonamental d’aquesta investigació radica en l’ús de norbornè com un acceptor d’hidrogen altament efectiu. Aquest avenç, sumat al desenvolupament d’un nou protocol per a la obtenció de l’intermedi clau – fruit de la col·laboració amb Guillem Sanz , investigador de l’equip BISiBonds a l’Institut de Química Avançada – IQAC –, ha permès transformar un procés anteriorment problemàtic en la ruta sintètica més eficient reportada fins ara per el nucli BN-naftalè.
Un altre gran desenvolupament metodològic d’aquesta tesi ha estat la aplicació de la catàlisi cooperativa amb Pal·ladi-Norbornè de tipus Catellani a la síntesi de noves estructures BN-esteses. En aquest sentit, es van dur a terme diverses transformacions anul·latives que van permetre la construcció de PAHs dopats de tipus BN-fenantridines i BN-fluorenones, entre d’altres, el que va donar lloc a la obtenció d’una extensa família de compostos BN-poliaromàtics.
Caracterització fotofísica i propietats optoelectròniques
En col·laboració amb el Dr. Roger Bresolí i el Dr. Santi Nonell del grup de recerca AppLightChem d’IQS, la Dra. Rulli va dur a terme la caracterització fotofísica dels BN-PAHs resultants, revelant la profunda influència de la incorporació de les unitats BN en les seves propietats optoelectròniques. Així, el dopatge amb BN modula tant els perfils d’absorció i emissió dels compostos obtinguts, com el seu comportament redox. D’especial interès resulta que la orientació del vector BN en alguns prototips de benzofluorenona exerceix una gran influència en la capacitat d’aquestes molècules per a generar oxigen singlet.
Desenvolupament d’estructures més complexes
La tesi de la Dra. Rulli va permetre també la preparació d’una sèrie de BN-naftalens funcionalizats amb metal·loides (B, Si o Sn) de forma regioselectiva en les posicions a de l’enllaç BN. Alguns d’aquests compostos vn demostrar capacitat de transmetal·lació a espècies de iodà, conduint a la primera sal de BN-diariliodoni, que obre una nova ruta per a la funcionalització del nucli BN i estableix un vincle conceptual entre l’isosterisme BN i la química del iode hipervalent.
Publicacions relacionades
Federica Rulli et al, From propenolysis to enyne metathesis: tools for expedited assembly of 4a,8a-azaboranaphtalene and extended polycycles with embedded BN, Chem Sci, 15, 2024
Federica Rulli et al, Catellani-Inspired BN-Aromatic Expansion: A Versatile Tool toward π-Extended 1,2-Azaborines with Tunable Photosensitizing Properties, J. Am. Chem. Soc. 2026, 148, 3, 3614–3625
Aquesta tesi s’ha dut a terme en el marc del projecte Us d’elements de grups principals com a trampolí per el desenvolupament de conceptes químics, reactivitats emergents i noves arquitectures moleculars (BISiBonds), dins del Pla Estatal de Projectes R+D+i 2023 del Ministeri de Ciència i Innovació/ Agència Estatal d’Investigació.
COL·LABORADORS
Grups d'investigació
CRISOL – Chemical Reactions for Innovative Solutions
CRISOL és un equip potent i capaç d’aportar eines químiques innovadores que donin solucions als reptes de la Ciència Molecular, disciplina que es troba al cor d’activitats claus per a la Societat, com ara la Química Mèdica i de Processos, o la Ciència de Materials.
GQF – Grup de Química Farmacèutica
La recerca del GQF se centra en dues grans àrees:1) La Unitat de Química Farmacèutica (nous fàrmacs)2) La Unitat de Processos Químics en Continu
