Os radicais livres não obtêm a melhor imprensa. Contudo, embora sejam conhecidos como oxidantes nocivos no corpo, esses produtos químicos ultra-reativos são indispensáveis ​​no laboratório. As reações radicais desempenham um papel em tecnologias-chave, como remoção de poluentes e separação de água.

Agora, pesquisadores da Universidade de Osaka usaram radicais para transformar um gás de efeito estufa, metano, em produtos químicos úteis. Impulsionado pela luz, esse processo que respeita o meio ambiente atinge uma meta que permaneceu indefinida por décadas.

O metano (CH4) está relacionado ao metanol e ao ácido fórmico, que são necessários em grandes quantidades pela indústria química. As bactérias podem oxidar CH4 a metanol quase sem esforço usando enzimas naturais. A mesma transformação no laboratório, Contudo, requer quimicamente alta temperatura, alta pressão e reagentes caros para quebrar as ligações C — H extremamente fortes. Conforme relatado recentemente, o novo processo usa radicais de cloro poderosos para ativar essas ligações. Isso permite que a reação ocorra à temperatura ambiente, sob a luz da lâmpada, com oxigênio simples como agente oxidante.

Os radicais livres são substâncias químicas com elétrons desemparelhados - sua reatividade desenfreada vem da necessidade urgente de os elétrons solitários encontrarem parceiros em outra molécula. No processo de Osaka, o dióxido de clorito (ClO2 •) é ativado sob a fotoirradiação para dar radicais de cloro (Cl •) e oxigênio singlete. O radical altamente reativo, Cl •, então abstrai um átomo de hidrogênio de CH4 para dar radicais metil, CH3 •, que por sua vez reage com o oxigênio para produzir metanol e ácido fórmico valiosos. Este processo aparentemente simples, Contudo, depende de uma torção de design sutil.

"A ativação do metano por espécies radicais já foi tentada antes, "estudo um autor principal Prof. Kei Ohkubo diz." No entanto, Os intermediários CH3 • tendem a reagir com o solvente orgânico de hidrocarboneto dando a desativação dos intermediários radicais reativos. Isso não ocorre na água, mas, infelizmente, o metano mal se dissolve na água. "Os pesquisadores descobriram uma maneira simples de contornar isso:dois solventes em um único sistema, um para cada etapa do processo. A formação inicial de ClO2 • ocorre em uma fase de água, onde o clorito de sódio é solúvel. Então, ClO2 • é transferido para uma fase de perfluorohexano (PFH), onde o metano e o O2 se dissolvem para reagir com eles.

"O PFH é ideal para a segunda etapa:dissolve o metano, mas não reage com os radicais CH3 •, "explica Ohkubo." Isso cria um espaço para a oxidação de CH3 •, dando os produtos desejados. Então, depois que o metanol e o ácido fórmico são formados, eles cruzam o limite do solvente na direção oposta, na fase de água. Aqui, eles são protegidos contra oxidação posterior em CO ou CO2 indesejados como gases de efeito estufa. "

O processo completo é impressionantemente eficiente, convertendo mais de 99% do metano em produtos-alvo, sem a necessidade de alta temperatura ou pressão.

"Este é o primeiro uso bem-sucedido de oxigênio no ar para oxidar metano em condições ambientais, "Ohkubo diz." Os métodos de uso intensivo de energia para a produção de produtos químicos devem ser eliminados - precisamos urgentemente de soluções inteligentes para processar matérias-primas de maneira suave, forma ambientalmente benigna. Nosso estudo mostra como isso pode ser feito para o metano. O conceito de solvente de duas fases, onde intermediários instáveis ​​são protegidos por um solvente, como PFH, poderia ser estendido a toda a indústria. "