Revolucionar a química - reação a reação
Novas aplicações para produtos químicos conhecidos
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O Professor Daniele Leonori, Presidente da cadeira de Química Orgânica III da Universidade RWTH Aachen, publicou na revista Nature Catalysis resultados de investigação que abrem novas vias para processos mais económicos e sustentáveis na síntese química. A publicação intitulada "Excited-state configuration controls the ability of nitroarenes to act as energy transfer catalysts" conclui uma série de estudos. O trabalho lança uma nova luz sobre o papel dos nitrobenzenos e mostra como estas matérias-primas há muito estabelecidas podem ser utilizadas na química sintética de uma forma muito mais versátil do que anteriormente.
Novas aplicações para produtos químicos conhecidos
Os nitrobenzenos são utilizados há quase dois séculos, principalmente como matérias-primas industriais para espumas, borracha e produtos farmacêuticos. No entanto, nos últimos anos, Leonori e a sua equipa conseguiram demonstrar que estas moléculas baratas e amplamente utilizadas podem fazer muito mais do que se supunha anteriormente. As novas descobertas abrem novas possibilidades de aplicação para a investigação e a indústria e têm o potencial de tornar os processos químicos mais seguros, mais económicos e mais sustentáveis.
Reacções baseadas no ozono repensadas
Quando se fala de ozono, muitas pessoas pensam primeiro na camada protetora de ozono na atmosfera da Terra. No entanto, o ozono desempenha um papel central na indústria química - por exemplo, na ozonólise do ácido adípico, um passo importante na produção de detergentes. Nesta reação, uma ligação dupla carbono-carbono é dividida em dois fragmentos. No entanto, o ozono é tecnicamente exigente e apresenta riscos de segurança consideráveis, uma vez que as reacções de ozonólise podem produzir produtos explosivos.
No artigo "Photoexcited nitroarenes for the oxidative cleavage of alkenes" publicado na Nature em 2022, Leonori e outros investigadores mostraram que os nitrobenzenos podem atuar como "substitutos do ozono" quando irradiados com luz visível. A ativação da luz faz com que as moléculas entrem num estado excitado que permite reacções que anteriormente só podiam ser realizadas com ozono. O potencial desta descoberta era óbvio: com o nome de fotooxidação de alquenos De Mayo-Parasram-Leonori, o método atraiu rapidamente a atenção internacional e é agora utilizado como parte do currículo básico de química em vários países.
Uma faca que corta uma maçã - mas não uma banana
A ozonólise de hidrocarbonetos aromáticos é considerada extremamente promissora, uma vez que pode abrir novas rotas de síntese para materiais, ingredientes activos e corantes. Na prática, porém, existe um problema fundamental: durante a reação, formam-se alcenos que são significativamente mais reactivos do que os compostos aromáticos iniciais. Isto leva a reacções excessivas e a misturas de produtos inutilizáveis. Simplificando, assim que a reação começa, o produto recém-formado reage mais rapidamente do que o substrato original. Por isso, a questão central era: como é que o material de partida pode ser especificamente ativado, apesar de o produto resultante ser mais reativo?
A equipa de Leonori investigou se esta limitação poderia ser ultrapassada com a ajuda de nitrobenzenos. Adaptando especificamente a estrutura dos nitrobenzenos e activando-os com luz visível, conseguiram inverter o padrão de reatividade habitual: Isto permitiu-lhes clivar seletivamente o anel aromático menos reativo, mantendo o alceno mais reativo. Um editor da revista Science, na qual o trabalho foi publicado em março de 2025 com o título "Excited-state configuration of nitroarenes enables oxidative cleavage of aromatics over alkenes", resumiu o resultado da seguinte forma: Os investigadores tinham encontrado "uma faca que corta uma maçã, mas não uma banana".
Um método mais rentável e sustentável para catalisar reacções químicas
Os catalisadores são uma pedra angular da produção química moderna, mas muitos dos mais eficientes baseiam-se em metais de transição raros, como o irídio ou o ruténio. Na sua última publicação Nature Catalysis, os investigadores mostram que os próprios nitrobenzenos podem ser utilizados como catalisadores orgânicos activados pela luz. Estas moléculas actuam como pequenas antenas: Absorvem a luz visível e transferem a energia absorvida para substratos orgânicos. Desta forma, permitem reacções que normalmente requerem catalisadores metálicos.
Em várias reacções modelo, a equipa demonstrou que estes compostos orgânicos simples e amplamente utilizados podem igualar o desempenho de catalisadores de metais pesados estabelecidos. Embora a investigação esteja ainda numa fase inicial, as perspectivas são de grande alcance. Os nitrobenzenos podem ser facilmente variados do ponto de vista estrutural, o que poderá permitir a sua incorporação em biomoléculas maiores no futuro, a fim de controlar as reacções em ambientes complexos. Outra vantagem é o custo: os nitrobenzenos são até 4.000 vezes mais baratos do que os catalisadores metálicos convencionais - um fator que os torna particularmente atractivos para grandes sectores industriais, como o agroquímico.
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