Fotoredoxreacties

Fotoredoxreacties vormen een klasse van organische reacties waarbij licht een fotokatalysator in een geëxciteerde toestand brengt, waardoor elektronentransfers tussen de katalysator en substraten mogelijk zijn. Dit leidt tot de vorming van radicalen of andere tussenstappen die tot diverse omzettingen kunnen leiden onder milde omstandigheden. Vaak wordt zichtbaar licht gebruikt, zoals blauwe LED’s, in combinatie met fotokatalysatoren op basis van metaalcomplexen of organische dyes. Veelvoorkomende katalysatoren zijn Ru(bpy)3Cl2, Ir(ppy)3 en organische pigmenten zoals eosine Y en 4CzIPN. Deze katalysatoren kunnen functioneren in oxidatieve of reductieve routes, waardoor respectievelijk oxidatieve of reductieve stappen in gang worden gezet.

In een reductieve route kan PC elektron ontvangen van een substraat, waardoor een radicalenintermedio ontstaat en de katalysator terugkeert naar zijn grondtoestand. In een oxidatieve route geeft PC elektron aan het substraat, waardoor eveneens radicalen ontstaan; de katalysator wordt vervolgens hersteld via een tweede elektrontransfer. Sommige systemen maken gebruik van duale katalyse, bijvoorbeeld fotoredox samen met een nickel-catalysator, waardoor cross-couplings mogelijk zijn.

Toepassingen omvatten de vorming van C–C-, C–N- en C–O-bindingen, decarboxylatieve arylaties, hydrofunctionaliseringsreacties en alkene-difunctionalisering. Voorbeelden zijn decarboxylatieve arylaties en fotoredox-gebaseerde cross-couplings met Ni.

Voordelen zijn onder meer milde omstandigheden en brede tolerantie voor functionele groepen. Beperkingen betreffen het vinden van geschikte redoxpotentiaalbereiken en schaalbaarheidsuitdagingen, evenals mogelijke bijproducten en gevoeligheid voor zuurstof. Het veld kende een snelle groei na de vroege bijdragen van MacMillan en Yoon in de jaren 2000–2010.