Uma colaboração de pesquisa internacional entre a Universidade de Kobe e a Universidade Médica da Mongólia Interior desenvolveu um método simples, de baixo custo e comparativamente ecológico de sintetizar derivados de difenilmetanol usando alumina da China. Os derivados do difenilmetanol são utilizados como matéria-prima na fabricação de perfumes e produtos farmacêuticos, entre outros.
Os pesquisadores descobriram que a alumina pode ser reutilizada repetidamente para essa reação se for lavada com água e seca entre os usos. Essa reciclagem reduz tanto a necessidade de mais alumina quanto a quantidade de resíduos produzidos, diminuindo os custos de síntese e o impacto no meio ambiente. À medida que a consciência ambiental global continua a aumentar, os pesquisadores esperam que esse novo método de síntese química contribua para a realização de uma sociedade neutra em carbono e para alcançar os ODS.

Esta descoberta foi feita por um grupo de pesquisa internacional, que incluiu o professor associado Tsuda Akihiko da Kobe University Graduate School of Science (que também é professor visitante na Inner Mongolia Medical University) e pesquisadores da Inner Mongolia Medical University, incluindo o professor Chaolu Eerdun (que obteve seu Ph.D. da Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Kobe) e o professor Liang Fengying.

Um pedido de patente para este método foi depositado na China em abril de 2021, com um pedido de reivindicação de prioridade feito em setembro do mesmo ano. Posteriormente, os resultados desta pesquisa foram publicados online na revista acadêmica ChemistryOpen em 18 de maio de 2022.

Alumina (Al₂ O₃ ) é um óxido de alumínio usado principalmente como matéria-prima para a produção de alumínio (Figura 1). No entanto, também é utilizado como catalisador no campo da química sintética orgânica. É usado principalmente para reações que exigem condições adversas (como alta temperatura ou alta pressão). No entanto, a alumina não é um catalisador comumente usado por várias razões, uma delas é que ela só pode ser usada para uma pequena variedade de reações químicas. A alumina também é usada para adsorver impurezas no campo de síntese orgânica e como substância de fase estacionária em cromatografia. No entanto, questões como o seu alto custo como matéria-prima e a grande quantidade de resíduos não incineráveis ​​que gera fazem com que haja uma tendência de substituição por substitutos. Nessas circunstâncias, o professor Tsuda liderou um grupo de pesquisa na Universidade da Mongólia Interior (China) que conseguiu desenvolver um novo método sustentável de síntese orgânica usando alumina, que a China produz em grandes quantidades.

O professor Tsuda e a equipe da Inner Mongolia Medical University descobriram uma maneira simples, de baixo custo e ecologicamente correta de sintetizar derivados de difenilmetanol (que são materiais de partida na produção de fragrâncias e produtos farmacêuticos) utilizando alumina chinesa como catalisador e adsorvente (Figura 2). ). Usando cloreto de alumínio (AlCl₃ ) como catalisador, os solventes orgânicos genéricos tolueno, xileno e trimetilbenzeno foram reagidos com clorofórmio. Se a substância resultante for pós-tratada com água, obtém-se principalmente um produto de cloração. No entanto, os pesquisadores descobriram que, se a mesma substância resultante for depositada em alumina que contém água, é possível obter derivados de difenilmetanol. Eles também descobriram que se a substância resultante for depositada em alumina que contém metanol, um substituto do metanol é obtido. Pensa-se que quando a substância é adsorvida na alumina, ela reage com a água ou o álcool para produzir o respectivo produto final.

Além disso, o grupo de pesquisa descobriu que um produto altamente puro poderia ser obtido mesmo que fosse adsorvido por alumina que havia sido usada anteriormente como catalisador ou fosse um subproduto impuro. Usando o método acima mencionado, é possível sintetizar seletivamente três produtos diferentes.

No entanto, a alumina comercial é comparativamente cara, o que dificultaria a implementação de reações como essa que exigem grandes quantidades em escala industrial. Com isso em mente, os pesquisadores tentaram reutilizar a alumina após enxaguá-la com água e deixá-la secar, e descobriram que ela mantinha suas propriedades catalíticas e adsorventes (Figura 3). Este processo de reciclagem pode ser realizado repetidamente, o que reduz muito o custo dos materiais, bem como a quantidade de resíduos. Para os experimentos de síntese em laboratório, a quantidade de alumina utilizada estava na faixa de alguns gramas a dezenas de gramas. É uma reação segura e de alto rendimento que leva apenas um curto período de tempo para ser concluída (algumas horas), portanto, essa aplicação de alumina em nível acadêmico pode ser expandida para diversos campos da indústria química. Espera-se que possa proporcionar à sociedade um método de síntese orgânica prático e sustentável.

A 0°C, cloreto de alumínio (1,1 g, 8 mmol) foi adicionado a uma mistura de clorofórmio (30 mL, 0,37 mol) e um substrato aromático tal como p-xileno (1 mL, 8 mmol) e depois agitado durante seis horas. After this, the resulting sample solution was dropped into a commercially available alumina column (water content ~1 wt%) and subjected to column chromatography with a dry chloroform/ethyl acetate (1:1) eluent. This chromatography revealed that a 94% yield of diphenylmethanol derivatives can be produced using this method. Refinement processes such as recrystallization can be performed as required to obtain a highly pure end product.

As for the mechanism behind this, it is thought that the chloroform and the aromatic substrate undergo an aluminum chloride-mediated Friedel-Crafts reaction. The resulting reactant and aluminum chloride are adsorbed by the alumina and are subsequently hydrolyzed by the water molecules in the alumina, leading to the formation of the end product. After removing the end product from the alumina, the alumina can be recycled by first washing away the adsorbed compounds, salts and solvents remaining in the alumina and then drying it. Consequently, the alumina can be reused as a catalyst for this reaction again and again.

The novel catalytic, adsorbent and recyclable properties of alumina discovered through this research have potential applications to the organic synthesis of compounds other than diphenylmethanol derivatives. The goal is to greatly expand this reaction's range of applications to develop a more general synthesis method that can be used to produce various useful chemicals.

Amidst rising global environmental awareness, it is hoped that the new chemical reaction developed in this study will become a novel method of synthesizing chemical products which will contribute towards recycling efforts, carbon neutrality and the SDGs. It is predicted to bring about fresh innovation in the organic synthesis and organic chemical industries. It is hoped that continued development of this method through the international research collaboration with China, the world's number one producer of alumina, will result in highly practical large-scale implementation. + Explorar mais

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