Método mais ecológico e barato para acelerar reações químicas desenvolvido

Catálise de uma reação de clique em uma célula microfluídica. Crédito:Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-44716-2

Um método novo, mais ecológico e mais barato para acelerar reações químicas foi desenvolvido por cientistas do King's College London em colaboração com a Universidade de Barcelona e a ETH Zurich. Em vez de usar catalisadores metálicos caros e poluentes, a equipe provou que os campos elétricos podem catalisar reações para produzir compostos químicos.

Com base em pesquisas anteriores publicadas em 2016 que provaram que um campo elétrico poderia catalisar reações em uma lacuna em nanoescala, os cientistas do Departamento de Química aprimoraram a metodologia para catalisar eletricamente reações em um eletrodo de área centimétrica. Isto abre caminho para uma alternativa mais limpa aos catalisadores à base de metal, potencialmente transformando a forma como os compostos químicos são produzidos.

A aceleração de reações químicas entre moléculas por meio da catálise é fundamental para fabricar os novos materiais exigidos por uma série de indústrias e tecnologias que produzem produtos de alto valor agregado, como os farmacêuticos. Atualmente, essas reações dependem principalmente de catalisadores que contêm metais preciosos como platina, paládio e ródio.

Não só a sua extracção é altamente dispendiosa e ambientalmente prejudicial, como a prática utiliza grandes quantidades de energia e os subprodutos tóxicos são difíceis e dispendiosos de eliminar.

Permitir a catálise através de campos elétricos permite uma solução mais barata, mais eficiente em termos energéticos e menos poluente para este problema.

"O uso de campos elétricos como o único catalisador para reações químicas já foi previsto teoricamente. A ideia veio de cientistas que estudavam os mecanismos da catálise enzimática na natureza, que previram que grandes campos elétricos dentro dos sítios ativos da enzima poderiam estar agindo como um catalisador na enzimática reações químicas", diz o professor Ismael Diez Perez.

"Em 2016, na King's, nós realmente provamos essa teoria no laboratório. Ao expor dois reagentes a uma lacuna em nanoescala polarizada por voltagem, criamos um campo de força que acelera a formação do produto da reação."

"Desde então, desenvolvemos uma nova tecnologia para permitir a produção química eletrificada em uma escala muito maior. Projetamos uma célula microfluídica que cria um fluxo contínuo de reagentes que são catalisados juntos dentro de um campo elétrico. A interface dos eletrodos confinada dentro o canal microfluídico induz uma reação química em áreas centimétricas dos eletrodos, produzindo novos compostos químicos."

O professor Diez Perez e a sua equipa acreditam que este processo pode transformar a indústria farmacológica, que depende da produção de compostos químicos muito finos e de valor acrescentado, normalmente muito caros de produzir através de métodos tradicionais de catálise. Os cientistas até prevêem que o campo eléctrico poderia ser controlado para formar compostos químicos isoméricos puros – um passo vital na produção de medicamentos que tenham a forma molecular apropriada para o corpo humano reconhecer.

"Este avanço sinaliza o início de uma mudança muito emocionante na transformação da forma como gerenciamos a catálise. Agora provamos que os campos elétricos podem ser ampliados para produzir miligramas de compostos químicos. O próximo passo é construir modelos ainda maiores para uso em todo o mundo. muitos campos e indústrias diferentes, permitindo métodos de produção mais baratos e mais ecológicos", diz Deiz Perez.

O trabalho está publicado na revista Nature Communications .

Mais informações: Semih Sevim et al, Catálise eletrostática de uma reação de clique em uma célula microfluídica, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-44716-2
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido pelo King's College London

Um novo sensor detecta produtos químicos prejudiciais para sempre na água potável

Cientistas projetam catalisador bifuncional para resolver problemas de poluição ambiental

Química