A indústria química normalmente utiliza metais raros e caros para produzir produtos farmacêuticos e outras substâncias essenciais. A substituição destes metais, sempre que possível, por substitutos mais abundantes e mais baratos beneficiaria a sustentabilidade ambiental, reduziria os custos e minimizaria o risco de perturbações na cadeia de abastecimento.



Agora, em um estudo publicado em Chemistry—A European Journal , pesquisadores da Universidade de Osaka e parceiros colaboradores atenderam a essa necessidade em seu trabalho em uma transformação química industrialmente útil. As condições de reação simples e suaves relatadas aqui podem inspirar pesquisadores que estão trabalhando para reduzir o uso de metais caros para o maior número possível de reações químicas.

Os chamados metais nobres são materiais especialmente versáteis. Por exemplo, o paládio é o metal preferido para catalisar uma transformação química – conversão de nitrilas em aminas primárias – que é uma etapa comum na produção de náilon e plásticos. No entanto, esses metais são raros e caros.

Substitutos baseados em metais comuns como o níquel poderiam ser catalisadores mais baratos. Infelizmente, muitos metais baratos requerem condições experimentais desafiadoras, tais como altas pressões e temperaturas, para a transformação química mencionada anteriormente. Determinar se o carboneto de níquel tem as mesmas limitações – e se não, avaliar o alcance das transformações químicas que são possíveis com este catalisador – foi o objetivo do estudo da equipe de pesquisa.

"Em nosso trabalho, estudamos minuciosamente a reação química subjacente a um novo catalisador heterogêneo de nanopartículas de carboneto de níquel para hidrogenação seletiva de nitrilas em aminas primárias", explica Sho Yamaguchi, principal autor do estudo. "O escopo do substrato é amplo - muitos tipos de nitrilas heteroaromáticas e alifáticas podem sofrer essa transformação."

Existem várias vantagens do catalisador dos pesquisadores:

1. Apesar das condições de reação moderadas exigidas – pressão de 1 atmosfera de hidrogênio e uma temperatura relativamente baixa de aproximadamente 150°C – o catalisador ainda exibiu 4 vezes a atividade de nanopartículas simples de níquel.
2. O catalisador era reutilizável:pelo menos três vezes.
3. Os rendimentos da reação foram altos:até 99%.

“Estamos entusiasmados porque nossa pesquisa ajudará a minimizar o uso de metais caros e simplificará a configuração experimental de uma classe comum de sínteses químicas”, disse Tomoo Mizugaki, autor sênior. "Além disso, nossos cálculos teóricos fornecem insights que nos ajudarão a otimizar o catalisador para aplicações adicionais."

Este trabalho é um passo importante no aumento da sustentabilidade de uma classe de reações químicas necessárias para sintetizar produtos farmacêuticos e muitos outros produtos de uso diário. Como o catalisador de níquel é muito mais barato que um metal nobre e os procedimentos experimentais necessários são simples, as aplicações viáveis ​​para futuras transformações químicas devem ser diretas.

Mais informações: Sho Yamaguchi et al, Nickel Carbide Nanoparticle Catalyst for Selective Hydrogenation of Nitriles to Primary Amines, Chemistry—A European Journal (2024). DOI:10.1002/chem.202303573
Informações do diário: Química – Um Jornal Europeu

Fornecido pela Universidade de Osaka