Controlar as reacções químicas de forma mais eficiente e sustentável
Novo método de síntese permite modificações direcionadas para locais de difícil acesso nas moléculas
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Uma equipa da Universidade de Viena, liderada pelo químico Nuno Maulide, desenvolveu um método inovador para controlar as reacções químicas de uma forma mais direcionada e eficiente. No centro deste processo está o conceito de "amostragem de catiões": grupos especialmente selecionados (cetonas) funcionam, de certa forma, como sinais moleculares para a migração aleatória de cargas positivas, permitindo que as reacções ocorram em locais de uma molécula que anteriormente eram de difícil acesso. O método permite que as ligações carbono-hidrogénio (ligações C-H) sejam especificamente modificadas. O estudo foi publicado no Journal of the American Chemical Society.
As moléculas orgânicas constituem a base de quase todos os processos biológicos. São constituídas principalmente por carbono e hidrogénio - e os átomos de hidrogénio, em particular, são muito comuns nessas moléculas. "Se quisermos alterar as propriedades de uma molécula, temos muitas vezes de substituir especificamente átomos de hidrogénio individuais", explica Philipp Spieß, antigo aluno de doutoramento do grupo de Maulide e um dos principais autores do estudo.
A modificação precisa das ligações C-H é, por conseguinte, considerada um dos principais desafios da química sintética moderna. Desempenha um papel importante no desenvolvimento de novos medicamentos, materiais funcionais e processos químicos mais eficientes.
O varrimento de cargas positivas permite um controlo preciso
"Imagine uma molécula como um fio de contas: as primeiras contas são fáceis de contar, mas quanto mais para trás, mais difícil se torna", diz Miloš Vavrík, um estudante de doutoramento do grupo Maulide e coautor do artigo. "É semelhante com os átomos ao longo de uma cadeia molecular: as posições próximas são fáceis de alcançar, as distantes são muito mais difíceis."
É precisamente aqui que entra o novo método. Utiliza cargas positivas que se deslocam aleatoriamente ao longo da cadeia molecular. "As cargas não direcionadas são varridas por um grupo funcional específico contido na molécula e são selecionadas com elevada precisão", explica Nuno Maulide. "Isto significa que o nosso método intervém exatamente no momento em que a posição desejada é atingida". Isto permite reacções em locais que anteriormente só eram acessíveis com grande esforço, ou nem sequer eram acessíveis.
Química sintética mais eficiente e sustentável
"O nosso trabalho mostra que os catiões não se comportam simplesmente de forma descontrolada, mas podem ser especificamente controlados", diz Maulide. O que é particularmente notável é que os investigadores podem determinar em que ponto da molécula a reação tem lugar - controlando simplesmente a temperatura da reação.
"Para manter a imagem do fio de contas: podemos escolher especificamente qual a conta que é alterada", diz Maulide. Isto abre novas possibilidades para a produção de moléculas complexas, que vão desde ingredientes farmacêuticos activos a materiais funcionais.
O método também não requer catalisadores complexos de metais de transição, que são frequentemente necessários em processos comparáveis. A longo prazo, isto poderá ajudar a tornar as sínteses químicas mais eficientes e sustentáveis.
Um novo método com enorme potencial
Os resultados apresentados resultam diretamente do projeto de investigação C-HANCE de Maulide, ao qual foi atribuída uma bolsa avançada do ERC pela UE (a primeira bolsa avançada no domínio da química para a Universidade de Viena).
"O método ainda está a dar os primeiros passos", diz Maulide. "Mas abre uma nova forma de controlar com precisão as reacções químicas utilizando cargas migratórias. Há um enorme potencial neste domínio".
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