Representação da reação de ruptura carbono-hidrogênio com um fuso. Olefinas, isto é, moléculas com uma ligação dupla entre carbonos (C =C, caixa verde) são gerados a partir de moléculas não reativas de gases naturais (caixa violeta). A reação inclui um catalisador à base de titânio (Ti) cuidadosamente escolhido, representado pela roda e uma molécula aditiva, retratado no carretel. O aditivo ajuda a roda a girar, para reciclar o catalisador de volta à sua forma original, para que possa ser usado novamente para facilitar outra reação. As olefinas são a matéria-prima química para uma variedade de outros produtos químicos, como plásticos, polímeros condutores, remédios, etc. Esta reação pode ser realizada em baixas temperaturas e é a primeira vez que pode ser feita de forma barata. Crédito:Institute for Basic Science
Eles estão ao seu redor! A maioria dos plásticos, polímeros condutores, e mesmo os medicamentos derivam de moléculas com uma ligação dupla entre dois átomos de carbono, C =C. Essas moléculas são chamadas de olefinas e são produzidas principalmente a partir de combustíveis fósseis por meio de um processo de uso intensivo de energia e poluente conhecido como steam cracking. Requer temperaturas de 800 ° C e produz o gás de efeito estufa dióxido de carbono. Desnecessário hoje, alternativas a esse processo que possam trazer benefícios ambientais e econômicos são muito procuradas.
Uma equipe de pesquisadores do Centro de Funcionalizações de Hidrocarbonetos Catalíticos, dentro do Institute for Basic Science (IBS), em colaboração com o Prof. Daniel J. Mindiola da Universidade da Pensilvânia, realizou uma reação que não era possível antes; eles produziram olefinas com ingredientes baratos prontamente disponíveis e em baixa temperatura (75 ° C). O resultado desta pesquisa, publicado em Química da Natureza , abre caminho para o uso eficiente de gases naturais na síntese de importantes produtos químicos.
Gases naturais, como metano e etano, têm fortes ligações carbono-hidrogênio (C-H) que são difíceis de quebrar. A equipe de pesquisa conseguiu transformar essas moléculas não reativas em olefinas, a matéria-prima química de uma miríade de produtos que usamos em nossa vida diária.
Este tipo de método de produção de olefinas é baseado na desidrogenação, que é a remoção de hidrogênios que leva à criação da ligação C =C, a marca das olefinas. Uma vez que a energia necessária para quebrar as fortes ligações C-H é muito alta, a reação só pode ser realizada com a ajuda de outras moléculas, chamados de catalisadores. Anteriormente, a desidrogenação só foi possível com catalisadores baseados em metais caros, como irídio.
Perfil de energia gerado por computador da reação. Simulações de computador podem prever os componentes intermediários da reação química e quanta energia é necessária para obtê-los. Crédito:Institute for Basic Science
O estudo alcançou a produção barata de olefinas graças a um trabalho em equipe sinérgico entre computadores e químicos experimentais. Simulando todo o processo químico, Os químicos da computação do IBS aconselharam seus colegas na Universidade da Pensilvânia sobre catalisadores baratos à base de titânio para testar.
"Nós mudamos do irídio, que é tão raro e caro que é rotulado como 'o elemento dos Deuses', a um metal absolutamente barato, titânio; um elemento com o qual todos estamos familiarizados, pois é amplamente utilizado como pigmento branco para cerâmica, papel, e clareador de dentes, "explica BAIK Mu-Hyun, o principal autor do IBS. "A simulação de computador prevê o movimento de cada elétron e como as moléculas vão interagir, portanto, nos permitiu encurtar o tempo de desenvolvimento. "
Para resumir, o estudo mostrou que fazer olefinas de forma barata, maneira eficiente de energia é possível. A reação pode ser realizada a baixa temperatura e o catalisador de titânio pode ser parcialmente reciclado, para que possa ser usado novamente para desidrogenar mais gás natural. O próximo desafio da equipe de pesquisa é tornar o catalisador à base de titânio mais eficiente.
