Un nuevo catalizador de hierro supera metales raros en síntesis química

Investigadores de la Universidad de Nagoya en Japón presentaron un innovador catalizador basado en hierro que promete revolucionar la síntesis química al disminuir la dependencia de metales raros y costosos. Este nuevo catalizador, activado por luz azul, logra controlar con precisión la estructura tridimensional de las moléculas, utilizando significativamente menos ligandos quirales que sus predecesores.

En un estudio publicado en el Journal of the American Chemical Society, el equipo demostró que este catalizador reduce el uso de ligandos quirales en dos tercios en comparación con versiones anteriores, lo que no solo optimiza la eficiencia sino que también hace que las condiciones de reacción sean más prácticas y sostenibles.

El avance se traduce en la síntesis asimétrica total de (+)-heitziamide A, un compuesto natural encontrado en plantas medicinales que se conoce por su capacidad de suprimir explosiones respiratorias. Este trabajo fue liderado por el profesor Kazuaki Ishihara, el profesor asistente Shuhei Ohmura y el estudiante de posgrado Hayato Akao.

El diseño del nuevo catalizador se basa en una combinación estratégica de ligandos bidentados achirales y ligandos quirales, formando una estructura específica de sal de hierro(III). Mientras que el ligando quiral dirige la configuración tridimensional del producto, el ligando bidentado achiral mejora el rendimiento catalítico. Esto permitió que el equipo lograra una cicloadición radical catiónica (4 + 2) altamente controlada, un proceso que facilita la creación de aductos sustituidos que son comunes en productos naturales como la heitziamide A.

Según Ohmura, uno de los autores correspondientes del estudio, "el nuevo diseño del catalizador representa la forma definitiva de los catalizadores fotoredox de hierro(III) quirales. Creemos que este logro marca un hito significativo en el avance de la fotocatálisis basada en hierro".

Hasta ahora, aunque se había reportado la síntesis de heitziamide A en laboratorio, no se había logrado la síntesis asimétrica total de su enantiómero natural. Con el nuevo catalizador, el equipo logró esta hazaña, sugiriendo que utilizando la versión espejo del catalizador también sería posible producir (-)-heitziamide A, permitiendo el acceso selectivo a ambos enantiómeros.

Este desarrollo tiene implicaciones significativas para la química farmacéutica, ya que el nuevo catalizador de hierro facilita la construcción de moléculas complejas, incluidos precursores farmacéuticos, utilizando hierro abundante y LEDs azules en lugar de metales raros. El profesor Ishihara destacó que "lograr la primera síntesis asimétrica total de (+)-heitziamide A utilizando esta reacción catalítica es un logro notable. Varias sustancias bioactivas adicionales pueden ser accesibles a través de síntesis total, con la cicloadición radical catiónica (4 + 2) como un paso clave. Planeamos publicar trabajos adicionales sobre la síntesis asimétrica de estos compuestos en un futuro cercano".