As interfaces sólido-aquosa são onipresentes e essenciais em uma gama diversificada de sistemas e processos naturais e artificiais, desde a formação mineral, intemperismo de rochas e corrosão de metais, até o intrincado funcionamento de membranas biológicas e canais iônicos.
Em todos esses sistemas e processos, a água e os íons transportados pela água desempenham papéis decisivos e sustentam as reatividades químicas interfaciais, mas muitas vezes falta um entendimento fundamental de tais papéis e efeitos. A água é considerada um meio "verde" abundantemente disponível, ambientalmente benigno e barato, de modo que a vantagem de realizar reações químicas na água sobre os solventes orgânicos - que dominaram a química orgânica sintética por boas razões - parece evidente, mesmo a partir de um ponto de vista do leigo.

Uma das questões-chave, no entanto, é "podemos prever com boa precisão e exatidão se a água aumentará ou suprimirá uma reação química sobre um catalisador sólido?" Aparentemente, a resposta está na nossa capacidade de compreender, em grande profundidade, as tendências de reatividade nas interfaces dinâmicas e complexas entre o sólido catalítico e o meio aquoso, o que, por sua vez, levará à formulação e descoberta de novos conceitos, princípios e critérios que podem ser aproveitados para maximizar as reatividades químicas em relação ao produto ou ardósias de produto alvo.

Apesar dos desafios assustadores associados a esta missão, a comunidade heterogênea de catálise fez grandes avanços nas últimas décadas, graças ao rápido desenvolvimento de caixas de ferramentas capacitadoras e à intensificação da transferência de conhecimento interdisciplinar.

Então, onde estamos depois de décadas de pesquisa sobre reações catalisadas heterogeneamente na fase aquosa? Concentrando-se em catalisadores ácido-base sólidos, que representam um subconjunto de catalisadores heterogêneos com amplas aplicações na indústria química, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Hui Shi da Universidade de Yangzhou, China, compilou uma avaliação abrangente dos papéis das moléculas de água, frações derivadas da água e espécies iônicas que são dissolvidas nela, para catálise ácido-base heterogênea na interface sólido-aquosa.

Ao restringir ainda mais sua atenção à desidratação do álcool, condensação aldólica e isomerização do açúcar, todas sendo reações prototípicas catalisadas por ácido-base, esses autores descreveram uma variedade de efeitos gerados pela água, usando exemplos cuidadosamente escolhidos e discutiram criticamente suas origens químicas e catalíticas. consequências. A revisão foi publicada no Chinese Journal of Catalysis .

Esses autores cobriram grandes avanços na compreensão atomística e molecular de vários modos gerais de ação, pelos quais a água afeta os mecanismos de reação e as relações estrutura-desempenho, baseando-se nas novas evidências adquiridas para o conjunto individual de catálise ácido-base na interface sólido-aquosa.

É particularmente importante reconhecer que as funcionalidades da superfície polar, silanóis e pares cátion-ânion, por exemplo, e as características de polaridade e ligação de H dos diferentes estados ao longo do caminho da reação trazem o impacto mais dramático na manifestação dos efeitos da água. Por meio de uma análise comparativa, eles concluíram que, para uma série análoga de reações, os papéis da água podem ser previstos como generalizáveis ​​a partir de um subconjunto específico de tais químicas. Finalmente, alguns conceitos emergentes que se acreditava valer a pena explorar mais foram destacados, como "força iônica interfacial" (ou "força iônica trapo", quando a fase sólida contém microporos - poros menores que dois nanômetros ou mesmo abaixo de 1 nm ).

De acordo com o Prof. Hui Shi, "embora muitos esforços para realizar reações em água ou solventes aquosos tenham sido motivados pela inerente benignidade da água, bem como sua disponibilidade e custo, usar água como solvente ou componente de misturas de solventes nunca deve ser uma escolha mal informada sem uma compreensão sólida das origens químicas de seus efeitos promocionais ou adversos."

De fato, às vezes até mesmo uma pequena gota de água é suficiente para aumentar drasticamente a reação catalítica, ou "matar" a transformação completamente. A assimilação dos insights resumidos neste artigo de revisão provavelmente ajudará pesquisadores e profissionais a sintetizar uma imagem coerente sobre os efeitos relacionados à água e obter um melhor controle sobre o resultado prático em uma direção desejada e preferida. + Explorar mais

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