30.11.2022 - Université de Liège

Desbloquear la química orgánica del N2O3 mediante la tecnología de proceso de flujo continuo

Los investigadores han desvelado la preparación y el uso seguros de un derivado inestable del óxido de nitrógeno con un enorme potencial para las aplicaciones sintéticas

Investigadores del CiTOS - Centro de Tecnología Integrada y Síntesis Orgánica (Universidad de Lieja, BE), dirigidos por Jean-Christophe Monbaliu, han ideado una plataforma de flujo a la carta para la generación de trióxido de dinitrógeno anhidro (N2O3), un reactivo de nitrosación muy potente y notoriamente difícil de preparar y utilizar. Este proyecto, financiado por el FRS-F.N.R.S. en el marco de una beca de incentivo a la investigación, desvela el potencial del N2O3 para la preparación de moléculas orgánicas de alto valor añadido. Los resultados de este estudio se publican ahora en la revista Angewandte Chemie International Edition como artículo de investigación.

Las pequeñas moléculas cíclicas que contienen átomos de nitrógeno (N-heterociclos) son estructuras habituales en los compuestos bioactivos, especialmente en los principios activos farmacéuticos. Por tanto, el desarrollo de nuevos métodos para la incorporación de nitrógeno en estructuras cíclicas es un objetivo oportuno y significativo. Entre estos métodos, la nitrosación es uno de los enfoques más útiles para introducir átomos de nitrógeno en las moléculas orgánicas. Los reactivos nitrosantes habituales son principalmente las sales y los ésteres del ácido nitroso (HNO2), que son productos derivados del óxido nítrico (NO). El NO, conocido sobre todo como un contaminante asociado a los gases de escape de los motores de combustión, también se obtiene industrialmente en gran cantidad. Los reactivos nitrosantes comunes son conocidos por su impacto medioambiental nocivo con la amplia generación de productos de desecho.

El trióxido de dinitrógeno azul oscuro (N2O3) es un potente agente nitrosante, que puede prepararse a partir de la reacción entre el NO y el oxígeno (O2) en condiciones estrictamente controladas y a baja temperatura. Sin embargo, el N2O3 no es estable a temperatura ambiente: se equilibra con varios productos de descomposición (NO, NO2 y N2O4), cuya utilidad es mucho menor. Esta inestabilidad se agrava cuando están presentes las fases líquida y gaseosa, lo que hace que la concentración de N2O3 en la fase líquida sea extremadamente difícil de controlar. Por lo tanto, las aplicaciones del N2O3 en la química orgánica sintética y la preparación de heterociclos de N con valor añadido apenas se han comunicado hasta ahora.

Atraídos por la singular reactividad del N2O3 y la posibilidad de prepararlo a partir de un contaminante común (NO), los investigadores del laboratorio CiTOS (Centro de Tecnología Integrada y Síntesis Orgánica) de la Universidad de Lieja (Bélgica), dirigidos por Jean-Christophe Monbaliu, trataron de desarrollar una solución concreta para hacer del N2O3 un reactivo accesible para la síntesis química. El equipo se basó en las características inherentes a los reactores micro y mesofluídicos para dar una respuesta tecnológica única. "La eliminación de la fase gaseosa está permitida por el funcionamiento de flujo continuo en el volumen interno confinado de los reactores micro y mesofluídicos, explica Yuesu Chen, primer autor e investigador postdoctoral principal afiliado al CiTOS. La combinación precisa de NO y O2 en presencia de un disolvente adecuado hace que el N2O3 se forme directamente en la fase líquida, evitando así cualquier reacción secundaria perjudicial y la descomposición en la fase gaseosa. Así pues, la comunidad científica dispone ahora de un generador químico de N2O3 fiable y robusto".

El generador químico de N2O3 alimenta un módulo posterior para las reacciones de nitrosación, lo que permite su utilización directa para la preparación de una gran diversidad de N-heterociclos únicos, incluidos los benzotriazoles y las sindonas, dos esqueletos específicos comunes a algunos productos farmacéuticos. "Esta investigación tiene una importancia tanto práctica como teórica en la química de la nitrosación orgánica y en la química de los nitroxidos. Representa un avance significativo hacia el desarrollo de estrategias modulares de flujo continuo para la preparación de bibliotecas de valiosos compuestos N-heterocíclicos. Simplemente desbloquea la química sintética del N2O3, una sustancia químicainestable difícil de domesticar de otra manera", comenta Jean-Christophe Monbaliu.

El éxito de este proyecto, financiado por la F.R.S.-FNRS en el marco de una beca científica de incentivo concedida a Jean-Christophe Monbaliu, se nutre de la interacción entre la química orgánica, la ingeniería de procesos y la química computacional. Se relaciona con su ambición científica de impulsar las innovaciones químicas y tecnológicas para dominar los reactivos de nitrosación y las especies nitrosas.

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