En continuar por este hilo:
Mezclando .NET 3.5 con 4 / 4.5 ensamblajes en la misma solución / proyecto

He encontrado una solución:
http://social.msdn.microsoft.com/Forums/en-US/clr/thread/36b1a209-55d5-4323-91dc-0919ba2e1d03/

Básicamente, haga que mi solución compile y determine cada proyecto según qué CLR se ejecutará.
¿Alguien ve desventaja a esto?
Construye los proyectos, en mi api de terceros que debe ejecutarse en .net 3.5, escribo explícitamente en su App.config para ejecutarse con CLR 2.0 y no 4.0

 <startup>
 <supportedRuntime version="v2.0.50727"/>
 <!--<supportedRuntime version="v4.0"/>-->
 </startup>

EDITAR:
Mi aplicación principal es usar las características .net 4.5 y C # 5. Mi API de terceros se está ejecutando en un proceso secundario (comienzo desde el principal) y ese proceso se conectará a la API que debe estar en 3.5 y CLR2. Así que explícitamente defino allí para ejecutarse como CLR2 ..