Quer sejam materiais sintéticos, como PET e Teflon, medicamentos ou aromatizantes, a vida sem compostos produzidos sinteticamente é dificilmente concebível. A indústria química depende de eficiência, métodos de longo prazo de produção de moléculas derivadas sinteticamente. Para este propósito, químicos costumam usar catalisadores, ou seja, aditivos com os quais podem facilitar e controlar reações químicas. Mas como essas reações são descobertas e desenvolvidas?

É necessário um alto grau de conhecimento e compreensão - mas o acaso também desempenha um papel decisivo. Uma equipe de químicos da Universidade de Münster (Alemanha) desenvolveu uma estratégia para gerar esses "acertos aleatórios" de forma sistemática com o objetivo de descobrir novos, reações inesperadas. O estudo foi publicado no Chem Diário.

O processo de conduzir sistematicamente um grande número de experimentos é chamado de triagem, e é prática estabelecida, em particular na pesquisa farmacêutica relacionada com ingredientes ativos. O método de triagem desenvolvido em Münster para descobrir reações combina duas etapas que abrangem uma variedade de elementos individuais em uma reação, que, em combinação, são projetados para descobrir novos, reações sinteticamente relevantes. Na primeira etapa, os químicos examinam se um substrato potencial realmente interage com o catalisador. Para este propósito, no caso de fotocatalisadores, o fenômeno de extinção de emissão é usado. Se um substrato reduz a emissão do catalisador, uma interação entre o catalisador e o substrato é provável. Ao rastrear sistematicamente um grande número de compostos selecionados aleatoriamente, novas moléculas podem ser identificadas cuja interação com catalisadores era anteriormente desconhecida.

A interação entre o substrato e o catalisador por si só não cria uma reação, Contudo. Por esta razão, o segundo estágio do processo de seleção envolve examinar se uma reação realmente ocorre quando um parceiro de reação e o catalisador estão presentes. Isso significa que, pela primeira vez, como resultado da combinação de duas etapas de triagem, ambos os parceiros em uma nova reação podem ser identificados, os quais reagem para formar um novo produto. "Esta estratégia bidimensional nos permite não apenas encontrar novas interações catalisador-substrato, mas também para realmente descobrir novas reações, incluindo algumas que não esperávamos anteriormente, "explica o Prof. Frank Glorius do Instituto de Química Orgânica da Universidade de Münster.

Descobrindo reatividade inesperada

O estudo mostra que os autores foram capazes de descobrir e desenvolver três reações até então desconhecidas. Uma dessas reações é a chamada cicloadição fotoquímica, em que simples, moléculas planas - benzotiofenos - são transferidas para estruturas tridimensionais complexas. "Conforme formulado no papel, Eu não teria considerado essa reação possível, "diz Felix Strieth-Kalthoff, um Ph.D. aluno e autor principal do estudo, "Porque, de um ponto de vista energético, a etapa-chave nessa reação não deveria ser possível. "

Para investigar isso com mais detalhes, os químicos de Münster contataram o Prof. Dirk Guldi na Universidade de Erlangen, que é considerado o maior especialista mundial em investigações de processos fotoquímicos. Trabalhando com colegas do Instituto Leibniz de Engenharia de Superfície em Leipzig, a equipe foi capaz de lançar luz sobre o assunto, realizando medições na forma de espectroscopia ultrarrápida. Os químicos usaram pulsos de laser ultracurtos para observar e investigar sistematicamente as etapas individuais da reação. "Agora somos capazes de fornecer explicações muito melhores para os processos moleculares subjacentes na transferência de energia tripleto-tripleto - a etapa de ativação chave, "diz Dirk Guldi." Este maior entendimento vai permitir o desenvolvimento de novos processos e catalisadores, " ele adiciona.

Este exemplo mostra que os resultados de tal abordagem de triagem não só fornecem novas reações, mas também podem, além do que, além do mais, contribuir para uma compreensão mais profunda do assunto. "Estamos convencidos de que esta estratégia pode ser usada em outras áreas de catálise - e além, "diz Frank Glorius.

Usando, entre outras coisas, as mais recentes tecnologias de computador, a equipe de pesquisadores já está trabalhando no desenvolvimento de novos métodos de triagem para descobrir e compreender novas classes de reações. Frank Glorius está certo de uma coisa:"Acredito que a descoberta de novos tipos de reações resultantes de estratégias baseadas em dados, como esses métodos de triagem são, fará uma diferença decisiva para o desenvolvimento da química sintética. "