Um novo caminho para uma química sintética segura e sustentável
O CO₂ como fonte de oxigénio: a Universidade de Bayreuth revoluciona a química da oxidação
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As reações de oxidação são indispensáveis para a indústria química, mas, do ponto de vista da segurança dos processos, estão entre as transformações mais complexas. Uma equipa de investigação da Universidade de Bayreuth, em colaboração com parceiros internacionais, introduziu agora uma abordagem fundamentalmente nova às reações de oxidação, na qual o dióxido de carbono é utilizado como fonte de oxigénio para a síntese química. Isto torna a reação mais segura e mais sustentável. Os investigadores relatam esta nova abordagem narevista Science.
Os processos de oxidação podem ser observados não só na vida quotidiana — por exemplo, quando o ferro enferruja ou os combustíveis queimam —, mas são também indispensáveis na indústria: a transformação de moléculas através da oxidação produz ingredientes farmacêuticos ativos e precursores para plásticos. Alguns materiais de uso quotidiano, como tintas e revestimentos, endurecem apenas através da oxidação. Em escala industrial, no entanto, onde a segurança e a controlabilidade são de importância central, as reações de oxidação são evitadas sempre que possível, pois representam riscos de segurança. Muitas oxidações geram calor, o que pode levar ao chamado «descontrolado térmico», em que a reação acelera de forma incontrolável e pode resultar em incêndios ou explosões. Em particular, a utilização de oxigénio como agente oxidante apresenta um risco de explosão. Outros agentes oxidantes também são difíceis de controlar devido às suas propriedades quimicamente agressivas.
«Neste contexto, desenvolvemos uma nova abordagem em que o dióxido de carbono serve como fonte de oxigénio para reações de oxidação. Esta descoberta transforma o CO₂ de um gás de efeito estufa puramente inerte num valioso reagente sintético», afirma o Prof. Dr. Shoubhik Das, Catedrático de Química Orgânica I na Universidade de Bayreuth e autor sénior do estudo. No seu trabalho, os investigadores demonstram pela primeira vez um sistema de transferência de oxigénio acionado pela luz que utiliza diretamente o CO₂ para a clivagem oxidativa de alcenos em condições ambientais. Muitos plásticos são derivados de alcenos, tornando estas substâncias altamente importantes para a indústria. «Graças a um fotocatalisador heterogéneo robusto à base de ferro, a reação decorre à temperatura ambiente e à pressão normal, sem o uso de agentes oxidantes perigosos ou oxigénio pressurizado. Isto torna a reação mais segura do que as oxidações convencionais», explica Das. A natureza acionada pela luz da reação também torna a abordagem energeticamente eficiente.
«Para além de estabelecer uma nova reação, a nossa abordagem abre caminho para processos de oxidação que satisfazem as crescentes exigências de segurança industrial, sustentabilidade e produção ecológica. Em última análise, a nossa investigação contribui para um futuro em que as transformações químicas fundamentais são desenvolvidas tendo em mente a segurança, a sustentabilidade e a responsabilidade ambiental», afirma Das.
O estudo surgiu de uma colaboração internacional entre a Universidade de Bayreuth, o Instituto Leibniz de Catálise, o Instituto CNR de Química de Compostos Organometálicos, o Instituto CNR de Processos Químicos e Físicos, a Universidade de Estocolmo, Universidade Jagiellonian, o Laboratório Estatal Chave de Catálise de Baixo Carbono e Utilização de Dióxido de Carbono e o Politecnico di Milano. O trabalho foi financiado por uma bolsa da DTU (2035-00147B) e por um financiamento inicial da Universidade de Bayreuth.
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Publicação original
Yuman Qin, Peng Ren, Jun Hu, Suman Pradhan, Thanh Huyen Vuong, Xiufang He, Lulu Alluhaibi, Nils Rockstroh, Susanna Monti, Giovanni Barcaro, Aleksander Jaworski, Piotr Kuśtrowski, Jabor Rabeah, Daniel Hohenberger, Sergey Bagnich, Anna Köhler, Josef Breu, Gianvito Vilé, Matthias Beller, Shoubhik Das; "Photocatalyzed oxidative cleavage of alkenes using CO2 as an oxygen donor"; Science, Volume 392
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