Los químicos del MIT han ideado una nueva reacción química que les permite sintetizar un anillo que contiene fósforo, utilizando un catalizador para agregar fósforo a compuestos orgánicos simples llamados alquenos.
La reacción se puede realizar a temperatura y presión normales. Además utiliza una nueva molécula cargada por un resorte que suministra el átomo de fósforo. Esta reacción produce un anillo que contiene dos átomos de carbono y un átomo de fósforo.
El descubrimiento de una nueva reacción catalítica es único y raro. Según los descubridores, abre una gran cantidad de nuevas oportunidades para hacer química.
Dicen los investigadores que estos anillos que contienen fósforo podrían encontrar usos como catalizadores para otras reacciones. También como precursores de compuestos útiles como los productos farmacéuticos.
Una nueva reacción química con base en fósforo
Los compuestos orgánicos que contienen dobles enlaces entre los átomos de carbono son precursores importantes en muchas reacciones químicas de utilidad industrial. Se los conoce como olefinas o alqueno. Al romper esos enlaces carbono-carbono y agregar nuevos átomos o grupos de átomos, los investigadores pueden crear una amplia variedad de nuevos productos.
Debido a que el fósforo es más pesado que el carbono, el nitrógeno o el oxígeno, ha sido difícil encontrar una manera de incorporarlo a las olefinas. Para hacerlo había que recurrir a métodos que requieren condiciones químicas severas.
Sin embargo, el equipo del MIT quería idear una forma de realizar esta reacción en condiciones suaves. Para ello era necesario un catalizador para transferir un grupo fosfinideno a la olefina.
Para lograrlo, necesitaban un material de partida que pudiera actuar como fuente de fosfinideno. Tales compuestos no existían y los elementos más ligeros como el carbono son inestables con el fósforo.
En su nuevo artículo, el equipo del MIT usó una fuente diferente de fósforo para la reacción. El compuesto que utilizaron es el sintetizado por el laboratorio de Cummins en 2021. Esta molécula es un tetraedro, que tiene una gran cantidad de “tensión” energética como un resorte comprimido. Esto debido a los pequeños ángulos de enlace entre los cuatro átomos que forman el tetraedro.
El compuesto se llama tri-terc-butilfosfatotraedrano, tiene tres vértices con átomos de carbono unidos a un grupo químico llamado terc-butil. Y uno de los vértices consiste en un átomo de fósforo con un par de electrones no compartido. En las condiciones adecuadas, esta molécula tensa se puede romper para liberar el átomo de fósforo.
Molécula cargada por resorte
Los investigadores usaron esta molécula cargada por resorte con la que pudieron usar un catalizador que contiene níquel. Este sirve para transferir fosfinideno a olefinas para crear anillos de tres miembros. La reacción se puede realizar a temperatura ambiente, con un alto rendimiento del producto deseado.
Los investigadores ahora planean investigar más a fondo el mecanismo de cómo ocurre esta reacción. Ellos creen que depende de que el fosfinideno se transfiera temporalmente al complejo catalizador de níquel. El catalizador luego incorpora el fósforo en el doble enlace de la olefina.
También esperan explorar la posibilidad de crear una variedad de nuevos compuestos que incluyan el anillo que contiene fósforo. Las aplicaciones potenciales para este tipo de productos incluyen catalizadores para otras reacciones o componentes de productos farmacéuticos que contienen fósforo.
Referencias:
‘Spring-loaded’ system pops phosphorus into molecular rings: https://phys.org/news/2022-04-spring-loaded-phosphorus-molecular.html
Reactions of Tri-tert-Butylphosphatetrahedrane as a Spring-Loaded Phosphinidene Synthon Featuring Nickel-Catalyzed Transfer to Unactivated Alkenes: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c02236