El isosterismo BN, estrategia basada en la sustitución de enlaces dobles C=C por unidades boro-nitrógeno (B-N) en estructuras poliaromáticas, permite modular una serie de propiedades físicas críticas de estas moléculas, como son la movilidad electrónica y las energías de reorganización entre especies reactivas. Estas características convierten a estos compuestos en plataformas especialmente atractivas para el diseño de semiconductores orgánicos de nueva generación. Sin embargo, a pesar de su potencial para revolucionar la optoelectrónica, su aplicación práctica se ha visto frenada durante décadas por la complejidad intrínseca de sintetizar estas moléculas de manera eficiente, y hacerlo, además, a gran escala.
Nuevas rutas sintéticas para semiconductores orgánicos con isosterismo BN
Tesis Doctoral
18 mayo 2026
La Dra. Federica Rulli defendió su tesis doctoral en IQS, en la que ha desarrollado nuevas metodologías sintéticas para obtener estructuras aromáticas dopadas con BN, unos sistemas que presentan nuevas y atractivas propiedades optoelectrónicas y semiconductoras
En el Departamento de Química Orgánica y Farmacéutica de IQS, una de las líneas de investigación del grupo CRISOL – Chemical Reactions for Innovative Solutions es el desarrollo de metodologías sintéticas de vanguardia para la obtención de compuestos poliaromáticos dopados con boro y nitrógeno como plataforma para el diseño de nuevos semiconductores orgánicos. El objetivo del grupo es doble: superar los retos históricos en la síntesis de estas estructuras, a la vez que profundizar en su caracterización fotofísica, permitiendo así el diseño de materiales con nuevas y atractivas propiedades semiconductoras.
Es en este contexto donde la Dra. Federica Rulli ha realizado su tesis doctoral, bajo el título New routes to BN Embedded Polyaromatics, en la cual ha explorado nuevas metodologías sintéticas basadas en el anillo 4a,8a-azaboranaftaleno, estructura que constituye una plataforma versátil para desarrollar nuevos hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) BN-dopados. El objetivo principal era optimizar la síntesis del núcleo BN-naftaleno y desarrollar estructuras más complejas derivadas del mismo.
La tesis fue dirigida por la Dra. Ana Belén Cuenca González y el Dr. Raimon Puig de la Bellacasa Cazorla, en el marco del proyecto BISiBonds.
Optimización de la síntesis del BN-naftaleno y exploración de nuevas rutas sintéticas
Mediante una meticulosa reevaluación de las rutas existentes, la Dra. Rulli identificó que el principal «cuello de botella» era la etapa final de deshidrogenación, históricamente ineficiente y crítica. La innovación fundamental de este trabajo radica en el uso de norborneno como un aceptor de hidrógeno altamente efectivo. Este avance, sumado al desarrollo de un nuevo protocolo para la obtención del intermedio clave -fruto de la colaboración con Guillem Sanz, investigador del equipo BISiBonds en el Instituto de Química Avanzada – IQAC –, ha permitido transformar un proceso anteriormente problemático en la ruta sintética más eficiente reportada hasta la fecha para el núcleo BN-naftaleno.
Otro gran desarrollo metodológico de esta tesis ha sido la aplicación de la catálisis cooperativa con Paladio-Norborneno de tipo Catellani a la síntesis de nuevas estructuras BN-extendidas. En este sentido, se llevaron a cabo diversas transformaciones anulativas que permitieron la construcción de PAHs dopados de tipo BN-fenantridinas y BN-fluorenonas, entre otros, lo que dio lugar a la obtención de una extensa familia de compuestos BN-polaromáticos.
Caracterización fotofísica y propiedades optoelectrónicas
En colaboración con el Dr. Roger Bresolí y el Dr. Santi Nonell del grupo de investigaciónAppLightChemde IQS, la Dra. Rulli llevó a cabo la caracterización fotofísica de los BN-PAHs resultantes, revelando la profunda influencia de la incorporación de las unidades BN en sus propiedades optoelectrónicas. Así, el dopaje con BN modula tanto los perfiles de absorción y emisión de los compuestos obtenidos, como su comportamiento redox. De especial interés resulta que la orientación del vector BN en algunos prototipos de benzofluorenona ejerce una gran influencia en la capacidad de estas moléculas para generar oxígeno singlete.
Desarrollo de estructuras más complejas
La tesis de la Dra. Rulli permitió también la preparación de una serie de BN-naftalenos funcionalizados con metaloides (B, Si o Sn) de forma regioselectiva en las posiciones a del enlace BN. Algunos de estos compuestos demostraron capacidad de transmetalación a especies tipo yodano, conduciendo a la primera sal de BN-diarilyodonio, lo que abre una nueva ruta para la funcionalización del núcleo de BN y establece un vínculo conceptual entre el isosterismo BN y la química del yodo hipervalente.
Publicaciones relacionadas
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
Esta tesis se ha llevado a cabo en el marco del proyecto Empleo de elementos de grupos principales como trampolín para el desarrollo de conceptos químicos, reactividades emergentes y nuevas arquitecturas moleculares (BISiBonds), dentro del Plan Estatal de Proyectos I+D+i 2023 del Ministerio de Ciencia e Innovación / Agencia Estatal de Investigación.
COLABORADORES
Grupos de investigación
CRISOL – Chemical Reactions for Innovative Solutions
CRISOL es un equipo potente y capaz de aportar herramientas químicas innovadoras que den soluciones a los retos de la Ciencia Molecular, disciplina que se encuentra en el corazón de actividades clave para la Sociedad, como la Química Médica y de Procesos, o la Ciencia de Materiales.
GQF – Grupo de Química Farmacéutica
La investigación del GQF se centra en dos grandes áreas: 1) La Unidad de Química Farmacéutica (nuevos fármacos): formulación farmacéutica y cosmética, biología aplicada y producción de API dentro de las áreas de Biomedicina y Ciencias de la Salud. 2) La Unidad de Procesos Químicos en Continuo: aplicación de las nuevas tecnologías de manufactura avanzada en química fina, para transformar y optimizar los sistemas de producción de discontinuo (batch) a continuo, convirtiéndolos en procesos más eficientes, más estables, más seguros, más rápidos y más limpios.
