Fotoeletroquímica e Fotoquímica para Síntese Orgânica Sustentável

Para abordar as questões de sustentabilidade dos processos industriais existentes para a produção de produtos químicos finos e fármacos, devemos desenvolver métodos alternativos que aumentem a eficiência energética, a economia atômica e eliminem produtos químicos tóxicos. Uma maneira de fazer isso é se inspirar em sistemas biológicos - a própria Natureza oferece paradigmas para a sustentabilidade. Durante décadas, os sistemas naturais, e em particular a fotossíntese, forneceram o principal modelo para a ciência e engenharia de energia solar. Portanto, a transferência de elétrons e carga não está apenas no cerne dos processos biológicos que sustentam a vida (fotossíntese), mas também no cerne da tecnologia sustentável moderna (células solares, armazenamento de energia, conversão de energia). Em relação à síntese orgânica sustentável, os químicos também perceberam o potencial da transferência de elétrons e carga. A eletroquímica junto com a fotoquímica são uma das maneiras mais verdes de impulsionar transformações químicas, já que sua aplicação melhora a economia atômica, a eficiência e previne a geração de resíduos tóxicos. Ambas deram origem a um novo e eficiente acesso a alguns dos intermediários mais reativos, que são desafiadores ou impossíveis de gerar por métodos químicos tradicionais. Nossos principais esforços dizem respeito ao desenvolvimento de novos métodos para uma síntese orgânica ecológica e sustentável. Por um lado, nosso trabalho descreve a aplicação de complexos NHC-Cu de coordenadas três como fotocatalisadores em reações de transferência de energia e elétrons. Levando em conta as propriedades fotofísicas dos complexos NHC-Cu(I), juntamente com o fato de que são diretos na síntese, não tóxicos, baratos e abundantes, vislumbramos que sua aplicação como fotocatalisadores poderia fornecer uma alternativa geral para complexos baseados em Ir e Ru que são tóxicos, caros e raros. Por outro lado, a fusão construtiva da eletroquímica e fotoquímica oferece o potencial de superar as desvantagens de um método através das vantagens complementares do outro. Uma das maneiras eficazes de sua fusão é a fotoeletroquímica interfacial (iPEC), onde a reação ocorre na superfície do fotoeletrodo. Nosso trabalho nesta área descreve métodos eletroquímicos suaves e eficientes para reações de cicloadição 2+1, 2+2 e 2+4 de cátions radicais de alceno. A oxidação anódica de olefinas na superfície do fotoanodo produz cátions radicais de alceno eletrofílicos, que reagem com nucleófilos em uma cicloadição formal 2+1, 2+2 e 2+4 em direção à síntese de anéis de 3, 4 e 6 membros. As vantagens da aplicação de fotoeletrodos na síntese orgânica incluem alta seletividade, o uso de materiais reutilizáveis, catalisadores de metais não preciosos e, não menos importante, economias significativas de energia.