La síntesis de compuestos orgánicos permite obtener medicamentos, pesticidas, materiales y otros compuestos con actividad biológica que se utilizan para entender el funcionamiento de los seres vivos. En este contexto la innovación en la síntesis de moléculas orgánicas ejerce una influencia decisiva en cómo se preparan los compuestos y en qué compuestos se pueden preparar, haciendo posible tener en nuestras manos multitud de productos necesarios en nuestra vida diaria y también otros compuestos cuyas propiedades están por descubrir.

La investigación en nuevas rutas de síntesis de moléculas orgánicas y la mejora de los métodos ya existentes tienen como meta encontrar procedimientos más sostenibles y ecológicos que permitan aprovechar mejor los recursos del planeta. Dentro de los métodos para sintetizar moléculas orgánicas, los que emplean catalizadores son más eficientes, más selectivos y reducen la cantidad de residuos, con un impacto positivo en la sostenibilidad y el medioambiente.

En este contexto general, nuestro proyecto tiene como objetivo desarrollar nuevos métodos catalíticos que permitan formar y romper selectivamente enlaces carbono-boro y carbono-nitrógeno en moléculas orgánicas. En el campo de la formación de enlaces carbono-boro, queremos proporcionar herramientas sintéticas para preparar librerías de moléculas cíclicas pequeñas, que contengan un enlace carbono-boro en su estructura. Este enlace carbono-boro se puede transformar fácil y selectivamente en otros enlaces fundamentales de la química, como son los enlaces carbono-carbono (C-C), carbono-oxígeno (C-O) y carbono-nitrógeno (C-N), entre otros. Esto permite utilizar el átomo de boro como un “punto de anclaje” para incorporar estas estructuras en otras de mayor envergadura. Estos “bloques de construcción” basados en moléculas pequeñas, rígidas y con tridimensionalidad definida son tremendamente atractivos en el proceso de desarrollo de fármacos, ya que permiten modular las propiedades fisicoquímicas de las moléculas. Adicionalmente, generan nuevas oportunidades de protección intelectual permitiendo explorar de forma sencilla nuevas zonas del espacio químico.

En el campo de la ruptura selectiva de enlace carbono-nitrógeno nuestro objetivo es utilizar aminas, moléculas que tienen el grupo NH2, como bloques de construcción para la preparación o modificación de moléculas más complejas. Las aminas son ubicuas, están presente en todas partes: en productos naturales, en fármacos, en polímeros o en biomoléculas como las proteínas.  El número de aminas disponibles comercialmente es también muy elevado. Esta abundancia y accesibilidad convierte a las aminas en compuestos tremendamente atractivos para la síntesis de moléculas más complejas. Para ello es necesario disponer de herramientas selectivas que permitan romper el enlace carbono-nitrógeno y sustituirlo por otros átomos. En este proyecto, pretendemos proporcionar estas herramientas utilizando procesos de transferencia monoelectrónica similares a los que la naturaleza utiliza para romper enlaces carbono-nitrógeno. Con este objetivo, pretendemos desarrollar nuevos procesos catalíticos que permitan no solo preparar una amplia variedad de moléculas pequeñas a partir de aminas, sino también abordar retos más ambiciosos como la modificación selectiva de grupos NH2 en péptidos.

De forma muy simplificada, podemos comparar el proceso de síntesis de una molécula al proceso de construcción utilizando piezas de LEGO™. La complejidad y las prestaciones de la construcción final dependen directamente de las piezas que disponemos. En la medida en que aumenta el tipo y diseño de bloques de construcción más específicos, las posibilidades de acceder a estructuras previamente inimaginables se multiplican de forma exponencial. Del mismo modo, mediante procesos de ruptura y formación selectivos de enlaces carbono-carbono y carbono-heteroátomo, los químicos orgánicos podemos proporcionar nuevos bloques de construcción moleculares que darán acceso a moléculas con nuevas aplicaciones: desde fármacos más selectivos hasta materiales con propiedades más definidas.