Os pesquisadores da Brown University desenvolveram um novo catalisador composto que pode realizar quatro reações químicas separadas em ordem sequencial e em um recipiente para produzir compostos úteis na fabricação de uma ampla gama de produtos farmacêuticos.

"Normalmente são necessários vários catalisadores para realizar todas as etapas dessa reação, "disse Chao Yu, um pesquisador de pós-doutorado na Brown que co-liderou o trabalho com o estudante de graduação Xuefeng Guo. "Mas encontramos um único nanocatalisador que pode realizar essa reação de várias etapas por si só."

A pesquisa, descrito no Jornal da American Chemical Society , foi uma colaboração entre os laboratórios dos professores da Brown, Christopher Seto e Shouheng Sun, que são co-autores do artigo.

O trabalho foi feito, os pesquisadores disseram, com o objetivo de encontrar maneiras de tornar a indústria química mais ambientalmente sustentável. Catalisadores de múltiplas reações como este são um passo em direção a esse objetivo.

"Se você estiver executando quatro reações diferentes separadamente, então você tem quatro etapas diferentes que requerem solventes e materiais iniciais, e cada um deles deixa resíduos contaminados com subprodutos da reação, "Seto disse." Mas se você pode fazer tudo em uma panela, você pode usar menos solvente e reduzir o desperdício. "

A equipe fez seu novo catalisador através do crescimento de nanopartículas de prata-paládio na superfície de nanobastões feitos de óxido de tungstênio deficiente em oxigênio (óxido de tungstênio com alguns de seus átomos de oxigênio faltando). Os pesquisadores mostraram que ele poderia catalisar a série de reações necessárias para converter o ácido fórmico de materiais de partida comuns, nitrobenzeno e um aldeído em um benzoxazol, que pode ser usado para fazer antibacterianos, antifúngicos e analgésicos AINE. Os pesquisadores mostraram que o catalisador também pode ser usado para criar outro composto, quinazolina, que é usado em uma variedade de drogas anticâncer.

Experimentos mostraram que o catalisador pode realizar as quatro reações com um rendimento quase quantitativo - o que significa que ele produz a quantidade máxima possível de produto para uma determinada quantidade de materiais de partida. As reações foram realizadas a uma temperatura mais baixa, em menos tempo, e usando solventes que são mais ecológicos do que os normalmente usados ​​para essas reações.

"A temperatura que usamos para sintetizar este produto é de cerca de 80 graus Celsius, "Disse Guo." Normalmente a reação acontece em torno de 130 graus e você precisa executar a reação por um ou dois dias. Mas podemos obter um rendimento semelhante a 80 graus em oito horas. "

O novo catalisador também é capaz de fazer os compostos de benzoxazol usando materiais de partida que são ambientalmente mais benignos do que os geralmente usados. A cadeia de reação requer uma fonte de hidrogênio para sua etapa inicial. Essa fonte pode ser gás hidrogênio puro, que é difícil de armazenar e transportar, ou pode ser extraído de um composto químico. Um composto chamado amônia borano é frequentemente usado para esta finalidade, mas o novo catalisador permite que o ácido fórmico seja usado em vez disso, que é "mais barato, mais verde e menos tóxico, "Yu disse.

E embora muitos catalisadores testados nessas reações não possam ser usados ​​mais de uma vez sem prejudicar seriamente sua eficiência, os pesquisadores foram capazes de usar o novo catalisador até cinco vezes com pequena queda no rendimento da reação.

Sun diz que estudos como este representam uma linha emergente de pesquisa em química mais verde.

"Normalmente, na catálise, estamos fazendo uma reação de cada vez, com um catalisador diferente para cada reação ", disse Shouheng Sun, professor de química na Brown. "Mas há um interesse crescente em criar catalisadores que possam realizar várias reações em um pote, e é isso que fizemos aqui. "