Cientistas do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA e seus colegas descobriram uma maneira de desvendar os mistérios de redes de reações complexas, empregando uma ferramenta de medição de uma forma única.

A catálise é um processo químico fundamental usado em muitas indústrias de manufatura - ela acelera a quebra ou combinação de compostos em novos, para a produção de coisas tão variadas quanto alimentos, remédios, plásticos, e combustíveis. Tornando a catálise mais precisa, eficiente e multifuncional tem o potencial de reduzir o número de etapas nos processos de fabricação, reduzir o desperdício ou subprodutos prejudiciais, e reduzir o consumo de energia.

Para fazer isso, O cientista associado do Ames Laboratory, Long Qi, usou uma ferramenta recém-desenvolvida, chamado de espectroscopia de ressonância magnética nuclear giratória de ângulo mágico (operando MAS-NMR), e aplicou-o a reações catalíticas em tempo real sob alta pressão. Desta maneira, Qi foi capaz de mapear a complexa atividade que se desdobra à medida que um catalisador transforma e reorganiza as moléculas.

"Não é apenas uma, duas ou três moléculas. Neste experimento, identificamos seis espécies intermediárias, dois produtos principais, e 10 etapas de transformação, e esse nível de complexidade é uma característica dessas redes ", disse Qi." As informações que obtivemos neste trabalho são muito úteis para obter maior produtividade a partir dessas redes de reação complexas. "

"O problema com as investigações tradicionais de catálise é que vemos o que colocamos no início e o que obtemos no final, mas o que está acontecendo no meio é o elo que faltava, "disse Wenyu Huang, um cientista da Divisão de Ciências Químicas e Biológicas do Laboratório Ames, que realiza pesquisas nas áreas de catálise heterogênea utilizando compostos intermetálicos (IMCs), e estruturas metálicas orgânicas (MOFs). "Nesse trabalho, demonstramos que compreender essas etapas intermediárias é a chave para poder ajustar esses processos para alcançar os produtos finais desejados. "

A equipe mapeou um sistema catalítico que é de interesse porque seus produtos podem ser usados ​​como componentes-chave de produtos farmacêuticos ou em tecnologias de armazenamento de hidrogênio. Com o conhecimento que adquiriram com o mapeamento MAS-NMR operando, eles foram capazes de selecionar a produção de tetrahidroquinolina ou quinolina fora da reação, adicionando um catalisador adicional para atuar em uma etapa crítica controlada cineticamente, com a água como o único subproduto.

"A ideia de que podemos trocar produtos para síntese sob demanda é um novo conceito, "disse Qi." A implicação para a pesquisa é que podemos evitar uma longa experimentação de tentativa e erro. Para a indústria, tem potencial para agilizar a produção e reduzir custos. "

A pesquisa é discutida mais detalhadamente no artigo, "Deciphering a Reaction Network for the Switchable Production of Tetrahydroquinoline or Quinoline with MOF-Supported Pd Tandem Catalysts, " publicado em Catálise ACS .