Químicos da Universidade de Bonn e seus colegas norte-americanos da Universidade de Columbia em Nova York descobriram um novo mecanismo de catálise que permite o barato, síntese ambientalmente correta de certos álcoois. A reação segue um padrão até então desconhecido no qual o hidrogênio é dividido em três componentes de uma maneira coordenada no tempo. Mais de cinco anos se passaram entre a ideia e sua realização prática. Os resultados são publicados em Ciência .

Álcoois são compostos químicos comuns que, além de carbono e hidrogênio, contém pelo menos um grupo OH. Eles servem como matéria-prima para toda uma série de sínteses químicas e geralmente são produzidos diretamente a partir de olefinas por adição de água. Olefinas são hidrocarbonetos com uma ligação dupla disponível a partir do petróleo. A molécula de água atua como um "doador" do grupo OH característico dos álcoois.

Esta síntese é simples e eficiente, mas tem uma desvantagem decisiva:só pode ser usado para produzir certos álcoois, os chamados álcoois de Markovnikov. O grupo OH não pode ser simplesmente anexado a qualquer posição da olefina - uma das duas posições é excluída. "Agora descobrimos um novo método catalítico que pode produzir exatamente esses álcoois 'impossíveis', "diz o Prof. Dr. Andreas Gansäuer.

Gansäuer trabalha no Instituto Kekulé de Química Orgânica e Bioquímica da Universidade de Bonn. A ideia para a nova síntese surgiu em uma colaboração de 2013 com o grupo do Prof. Dr. Jack Norton da Columbia University em Nova York. Contudo, demorou quase cinco anos até que a síntese do chamado álcool anti-Markovnikov usando o novo sistema catalítico funcionasse bem o suficiente para ser publicada.

Aceleração e desaceleração pelos ligantes dos catalisadores

O processo tem um mecanismo de reação incomum. Epóxidos, produtos intermediários comuns e valiosos da indústria química, servem como materiais de partida. Os epóxidos podem ser produzidos adicionando um átomo de oxigênio (símbolo químico:O) às olefinas. Se eles puderem reagir com moléculas de hidrogênio (H ₂ ), o oxigênio se torna um grupo OH. Normalmente, com esta abordagem, apenas álcoois Markovnikov são produzidos.

"Em nossa reação, Contudo, nós transferimos sucessivamente o hidrogênio em três partes, "explica Gansäuer." Primeiro, um elétron carregado negativamente, em seguida, um átomo de hidrogênio neutro e, finalmente, um íon de hidrogênio carregado positivamente, um próton. Usamos dois catalisadores, um dos quais contém titânio e o outro cromo. Isso nos permite converter epóxidos em álcoois anti-Markovnikov. "O tempo de todo o processo deve ser estritamente coordenado - como no malabarismo, em que cada bola deve manter uma duração de vôo especificada. Para alcançar isto, os químicos tiveram que sincronizar a velocidade de três reações catalíticas. Para este fim, eles anexaram os ligantes "certos", moléculas que controlam a reatividade dos metais, aos átomos de titânio e cromo.

Até agora, Os álcoois anti-Markovnikov foram produzidos através de uma chamada hidroboração seguida por uma oxidação. Contudo, esta reação é relativamente complexa e não particularmente sustentável. O novo mecanismo, por outro lado, não produz nenhum subproduto e, portanto, é praticamente livre de resíduos. "Titânio e cromo também são metais muito comuns, ao contrário de muitos outros metais nobres que são frequentemente usados ​​em catálise, "Gansäuer enfatiza.

Em 2013, Norton e Gansäuer submeteram sua ideia a uma chamada de propostas sobre catálise sustentável pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC), ganhando o primeiro lugar. O projeto foi amplamente financiado com o dinheiro do subsídio. "Mas a boa cooperação dentro do meu instituto certamente também contribuiu para o sucesso, "enfatiza Gansäuer." Por exemplo, Tive acesso não só aos recursos do instituto, mas também para o equipamento dos outros grupos de Bonn. "