Uma equipe de pesquisa da Northwestern University revelou uma nova abordagem para conduzir reações químicas - uma que não requer contato direto com um catalisador.

Em reações catalíticas típicas, o catalisador - a substância que aumenta a taxa de uma reação química - e os reagentes do substrato devem estar presentes no mesmo meio e em contato direto entre si para produzir uma reação. O novo sistema da equipe de pesquisa demonstra uma reação química produzida por meio de um intermediário criado por uma reação química separada. As descobertas podem ter aplicações em remediação ambiental e produção de combustível.

"Melhorar nossa compreensão da relação catalisador-intermediário-reação poderia expandir muito as possibilidades de reações catalíticas, "disse Harold Kung, Walter P. Murphy Professor de Engenharia Química e Biológica na McCormick School of Engineering, quem liderou a pesquisa. "Ao aprender que uma reação química pode ocorrer sem contato direto com um catalisador, abrimos a porta para o uso de catalisadores de elementos abundantes na terra para realizar reações que eles normalmente não catalisariam. "

O estudo, intitulado "Catálise sem contato:Iniciação da Oxidação Seletiva de Etilbenzeno por Epoxidação de Cicloocteno Facilitada por Agrupamento Au, "foi publicado em 31 de janeiro na revista Avanços da Ciência . Mayfair Kung, um professor associado de pesquisa de engenharia química e biológica, foi um co-autor correspondente no artigo. Linda Broadbelt, Sarah Rebecca Roland Professora de Engenharia Química e Biológica e reitora associada de pesquisa, também contribuíram para o estudo.

A pesquisa se baseia em trabalhos anteriores em que a equipe investigou a oxidação seletiva do cicloocteno - um tipo de hidrocarboneto - usando ouro (Au) como catalisador. O estudo revelou que a reação foi catalisada por nanoclusters de ouro dissolvido. Surpreso, os pesquisadores começaram a investigar o quão bem os aglomerados de ouro poderiam catalisar a oxidação seletiva de outros hidrocarbonetos.

Usando uma plataforma que desenvolveram chamada Noncontact Catalysis System (NCCS), os pesquisadores testaram a eficácia de um catalisador de ouro contra etilbenzeno, um composto orgânico predominante na produção de muitos plásticos. Embora o etilbenzeno não tenha sofrido nenhuma reação na presença dos cachos de ouro, a equipe descobriu que quando os aglomerados de ouro reagiram com o cicloocteno, a molécula resultante forneceu o intermediário necessário para produzir a oxidação do etilbenzeno.

"As duas reações são totalmente independentes uma da outra, "Kung disse." Vimos que os nanoclusters de ouro e o cicloocteno eram ineficazes para oxidar o etilbenzeno por conta própria. O contato direto não causou a reação. Assim, a reação intermediária foi necessária. "

Ao demonstrar como catalisadores normalmente ineficazes podem se tornar eficazes em uma reação por meio de um intermediário, os pesquisadores acreditam que é possível projetar sistemas usando catalisadores fisicamente separados de um meio de reação que, de outra forma, danificaria o catalisador. Esta nova abordagem pode fornecer uma solução alternativa eficaz na remediação ambiental, como limpar um rio contaminado, onde alguns componentes da água podem ser tóxicos para o catalisador.

"Você poderia usar uma membrana para separar o catalisador do meio, em seguida, use o catalisador para gerar um intermediário que pode passar através da membrana e degradar o contaminante de uma forma mais segura, "Kung disse.

O trabalho também abre portas para uma maior liberdade na produção química industrial. A capacidade de conduzir reações paralelas acopladas sem as restrições da estequiometria tradicional - as relações estritas com base na quantidade entre os produtos de reação - poderia tornar os processos de co-oxidação de hidrocarbonetos industriais mais versáteis, eficiente, e de baixo custo. Esses processos são vitais na produção de gasolina e na conversão de gás natural em combustível líquido e outros produtos químicos.

O próximo passo da equipe de pesquisa é determinar a reatividade do ouro contra outros hidrocarbonetos de diferentes forças de ligação. Eles também esperam saber se um fenômeno semelhante pode ser aplicado a outros metais, como prata ou cobre.

"Ainda não chegamos lá, mas uma vez que entendemos a relação entre a reatividade dos aglomerados de ouro em relação aos hidrocarbonetos e as forças de ligação, seremos capazes de prever e projetar outros sistemas de reação química, "Kung disse.