Un proceso fotocatalítico libera carbinos, unas escurridizas piezas de síntesis

El metino o metilidino es un compuesto gaseoso basado en carbono que pudo haber estado implicado en la formación de las primeras moléculas que dieron origen a la vida. También es una de las primeras moléculas descubiertas en las estrellas, y pertenece a una rara familia de compuestos muy reactivos denominada carbinos. Estos carbinos no deben ser confundidos con las cadenas unidimensionales de carbonos denominadas de la misma forma, no sin cierta polémica, ni con los mucho más familiares carbenos.

Los carbinos, de acuerdo con la definición proporcionada por la química orgánica, son especies monovalentes de carbono con tres electrones no enlazados, algo así como un carbono con tres brazos libres. Estas especies han cautivado a los investigadores ya que presentan la posibilidad de formar tres nuevos enlaces a partir de un único átomo. Pero hasta ahora los químicos sintéticos no habían sido capaces de controlar estas reactivas moléculas.

El equipo de investigación del ICIQ (Instituto Catalán de Investigación en Química) encabezado por Marcos G. Suero ha desarrollado un nuevo método que soslaya la intrínseca inestabilidad de los carbinos generándolos fotocatalíticamente a partir de un análogo molecular, el radical diazometilo (Nature 2018, DOI: 10.1038/nature25185). Los investigadores pueden acoplar estos radicales a anillos de tipo areno para dar lugar a diazo-derivados que, a su vez, pueden ser transformados en moléculas quirales más complejas.

El equipo ha demostrado el alcance de la reacción en más de 36 sustratos, entre los que se incluyen 12 compuestos utilizados en medicina. La reacción ocurre mediante funcionalización de un enlace C–H de un areno, y tiene lugar en las últimas etapas de la síntesis, un hecho que el investigador Huw M. L. Davies, de la Universidad de Emory (Atlanta, EEUU) describe como “de lo más impresionante”. Y añade que “esta estrategia complementa los métodos tradicionales de síntesis de este tipo de compuestos, como son la transferencia de diazo-derivados y las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio.”

Aprovechando la naturaleza sensible de los diazo-derivados es posible, utilizando este método, formar más de un nuevo enlace sobre el mismo carbono. Usando luz azul, que descompone el grupo diazo de manera mucho más eficaz que la luz blanca, y la adición de reactivos sencillos como agua, amidas, halogenuros o estirenos, es posible obtener productos altamente funcionalizados. Un ejemplo destacado de esta estrategia, denominada por sus propios autores como “funcionalización en el punto de encuentro”, permite la doble funcionalización de enlaces C–H en un compuesto de tipo isobutilbenceno para formar un anillo de indano.

Según Tim Cernak, de los laboratorios de investigación de Merck en Boston (EEUU), “el concepto de funcionalización en el punto de encuentro, demostrado aquí en forma de carbinos que pueden sufrir dos procesos de funcionalización de enlaces C–H, va a cambiar la forma en la que los investigadores piensan sus retrosíntesis. Es como coser juntas las moléculas.”

En el artículo de perspectiva que acompaña al de investigación, Rohan E. J. Beckwith, del Instituto de Investigación Biomédica de Novartis (Cambridge, Massachusetts, EEUU), señala algunas limitaciones del proceso, como su incompatibilidad con sustratos que contengan aminas básicas y, en algunos casos, rendimientos de reacción entre moderados y bajos. Sin embargo, “esto son minucias si se comparan con las ventajas de esta estrategia en diseño y desarrollo de fármacos” escribe en su artículo, y añade que este trabajo es “la primera evidencia de que es posible utilizar carbinos en síntesis orgánica de forma efectiva.”

Traducción al español producida por Esteban Urriolabeitia de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.