Diseño de moléculas organometálicas y aplicaciones

El objetivo principal de nuestro equipo de investigación es sintetizar moléculas organometálicas con propiedades electrónicas y estéricas específicas que permitan la activación y funcionalización de diferentes tipos de enlaces. Nos interesa desarrollar nuevos catalizadores eficientes, con un esfuerzo importante en la comprensión de los mecanismos por los cuales operan los complejos metálicos. Asimismo, enfocamos nuestra investigación en aspectos fundamentales que determinen la estructura electrónica detallada y los patrones de reactividad de las moléculas organometálicas. De este modo, nuestro programa de investigación abarca las áreas de síntesis orgánica, catálisis y química organometálica. Actualmente, algunos de nuestros proyectos de investigación hacen uso de metales de transición del grupo 10 (principalmente níquel y platino) estabilizados por ligandos pincer bis(fosfino)boril y carbenos N-heterocíclicos, explorando su potencial en la activación de pequeñas moléculas y procesos de deshidroacoplamiento e hidroelementación que conducen a la formación de enlaces B–N, Si–N, C–Si y C–B. Otro tema de investigación en nuestro grupo se centra en complejos multinucleares que contienen metales del grupo 11 (oro y cobre) soportados por ligandos NHC, y en la investigación de nuevos modos de reactividad.

Principales líneas de investigación

1. Complejos de platino estabilizados por ligandos carbeno N- heterocíclicos con bajo número de coordinación

Durante los últimos años hemos estado involucrados en el aislamiento de especies catiónicas de Pt(II) de 14 electrones, estables pero reactivas, aprovechando las excelentes propiedades estereolectrónicas de los ligandos carbeno N-heterocíclicos. La reactividad de estos compuestos ha permitido sintetizar complejos inusuales de platino en los estados de oxidación +3 y +4.

Los complejos de Pt(II) de 14 electrones interactúan con dihidrógeno, hidroboranos, hidrosilanos e hidrogermanos para formar complejos σ que pueden experimentar reactividad adicional en reacciones catalíticas. Hemos observado que estos procesos catalíticos involucran mecanismos de tipo “esfera externa” en los que participan cationes similares a boronio y sililio, lo que permite la construcción catalítica de enlaces B–N, Si–N, Si–O y Si–C.

2. Catalizadores de Níquel bis(fosfino)borilo para la activación de moléculas pequeñas

Nuestro grupo se centra actualmente en transformaciones catalizadas por níquel y estudios mecanísticos fundamentales, utilizando sistemas de níquel bis(fosfino)borilo. La reactividad de la unidad níquel-borilo en estos sistemas se caracteriza por tres características clave: i) la fuerte influencia trans ejercida por el grupo borilo; ii) el carácter anfifílico del centro de boro; iii) la reactividad cooperativa níquel-borilo. Basándose en estas propiedades electrónicas, nuestro grupo ha investigado diferentes reacciones catalíticas o estequiométricas que aprovechan estas características. Los ejemplos mostrados arriba demuestran la versatilidad de nuestros sistemas, que abarcan desde la reducción catalítica de dióxido de carbono a aldehídos, hasta la borilación de alquenos o la activación de pequeñas moléculas como el hidrógeno o el amoníaco.

3. Complejos acetiluro de di-oro ricos electrónicamente

En la última década, ha habido un creciente interés en el papel de dos átomos de oro(I) en la transformación catalítica homogénea de sustratos orgánicos que contienen sistemas π, y la catálisis bimetálica con oro(I) ha permitido la síntesis de compuestos orgánicos que anteriormente eran inaccesibles. Esta productividad se debe a la activación electrofílica que sufren los sustratos π al coordinarse con especies de oro insaturadas, conocida como activación π o activación σ,π. En nuestro grupo, actualmente nos centramos en el papel que desempeñan las especies no exploradas con enlaces σ,σ en la activación de diferentes sustratos. Por ejemplo, hemos observado recientemente que dos fragmentos de oro(I) proporcionan suficiente densidad electrónica a un enlace triple para activar alquinos con déficit electrónico o pequeñas moléculas como CS₂, conduciendo a su inserción formal en enlaces Au−C. En comparación, los análogos monometálicos no son capaces de inducir dicha transformación o requieren condiciones experimentales mucho más extremas.

4. Electrocatálisis molecular

Cuando se piensa en la electrocatálisis molecular, se puede caer inadvertidamente en la analogía de la catálisis homogénea. Sin embargo, la electrocatálisis tiene una ventaja incomparable sobre la catálisis homogénea (térmica), ya que es capaz (en principio) de reducir la energía necesaria para que se produzcan estas reacciones. Ante la urgencia de descarbonizar nuestros sistemas energéticos, y con el objetivo de acercarnos a la neutralidad de carbono, es necesario innovar hacia procesos de eficiencia energética. El almacenamiento de energía mediante la formación y rotura de enlaces químicos nos sirve de ejemplo (generación de hidrógeno verde, ciclos energéticos basados en el nitrógeno y/o el dióxido de carbono, e incluso la electrificación de la síntesis química). Nosotros dirigimos nuestros esfuerzos hacia la electrorreducción del dióxido de carbono (eRRCO2) y pretendemos expandir aún más nuestras transformaciones catódicas para incluir la reducción electroquímica de oxígeno(eORR) y la reducción de protones (HER). Para ello, hemos creado una serie de ligandos multidentados para formar especies mono-, bi- y multimetálicas de complejos de coordinación. Así, utilizando exclusivamente metales de transición de la primera serie (Fe, Ni, Co, Cu), generamos electrocatalizadores moleculares que pretenden promover la transferencia mono- y multielectrónica a través de la reactividad cooperativa metal-metal y metal-ligando (mediante lanzadera de protones). Entre nuestras tareas comunes encontrarás: A) síntesis y caracterización de ligandos y complejos: B) estudios electroquímicos y electrocatalíticos por voltamperometría cíclica, electrodo de disco rotatorio (de anillo) y electrólisis preparativa; C) estudios espectroelectroquímicos in situ para comprender el proceso electrocatalítico y observar intermedios de reacción; D) detección y aislamiento de especies activas.