À medida que o mundo se afasta do gás e se aproxima da electricidade como fonte de energia mais verde, a lista de tarefas vai além dos carros. A vasta rede global de produção que fabrica tudo, desde as nossas baterias até aos nossos fertilizantes, também precisa de mudar de direção.



Um estudo realizado por químicos da Universidade de Chicago descobriu uma maneira de usar eletricidade para impulsionar um tipo de reação química frequentemente usada na síntese de novos candidatos a medicamentos farmacêuticos.

Publicado em 2 de janeiro em Nature Catalysis , a pesquisa é um avanço no campo da eletroquímica e mostra um caminho a seguir para projetar e controlar reações – e torná-las mais sustentáveis.

"O que queremos fazer é entender o que está acontecendo no nível fundamental na interface do eletrodo e usar isso para prever e projetar reações químicas mais eficientes", disse Anna Wuttig, professora assistente da família Neubauer da UChicago e autora sênior do artigo. "Este é um passo em direção a esse objetivo final."

Complexidade química

Em certas reações químicas, a eletricidade pode aumentar a produção – e como é possível obter a eletricidade necessária a partir de fontes renováveis, isso poderia contribuir para tornar a indústria química mundial mais verde.

Mas a eletroquímica, como o campo é conhecido, é especialmente complexa. Há muito que os cientistas não sabem sobre as interações moleculares, especialmente porque é necessário inserir um sólido condutor (um eletrodo) na mistura para fornecer eletricidade, o que significa que as moléculas interagem com esse eletrodo e também entre si. Para um cientista que tenta desvendar os papéis que cada molécula desempenha e em que ordem, isso torna um processo já complicado ainda mais complicado.

Wuttig, porém, quer transformar isso em uma vantagem. “E se você pensar nisso como se a eletroquímica nos fornecesse uma alavanca de design única que não é possível em nenhum outro sistema?” ela disse.

Nesse caso, ela e sua equipe focaram na superfície do eletrodo que fornece eletricidade para a reação.

"Há indícios de que a própria superfície é catalítica, que desempenha um papel", disse Wuttig, "mas não sabemos como controlar sistematicamente essas interações no nível molecular".

Eles mexeram em um tipo de reação comumente usada na fabricação de produtos químicos para medicamentos, para formar uma ligação entre dois átomos de carbono.

De acordo com as previsões teóricas, quando esta reação é realizada utilizando eletricidade, o rendimento da reação deveria ser de 100% – ou seja, todas as moléculas que entraram são transformadas em uma única substância nova. Mas quando você realmente executa a reação no laboratório, o rendimento é menor.

A equipe pensou que a presença do eletrodo estava afastando algumas das moléculas de onde eram necessárias durante a reação. Eles descobriram que adicionar um ingrediente-chave poderia ajudar:uma substância química conhecida como ácido de Lewis adicionada à solução líquida redirecionou essas moléculas.

“Você obtém uma reação quase limpa”, disse Wuttig.

Catalisando mudanças

Além disso, a equipe conseguiu usar técnicas especiais de imagem para observar o desenrolar das reações em nível molecular. “Você pode ver que a presença do modulador tem um efeito profundo na estrutura interfacial”, disse ela. “Isso nos permite visualizar e entender o que está acontecendo, em vez de considerar isso como uma caixa preta”.

Este é um passo crucial, disse Wuttig, porque mostra um caminho a seguir no sentido de ser capaz não apenas de usar o eletrodo em química, mas também de prever e controlar seus efeitos.

Outro benefício é que o eletrodo pode ser reutilizado para mais reações. (Na maioria das reações, o catalisador é dissolvido no líquido e drenado durante o processo de purificação para obter o produto final).

“Este é um passo em direção à síntese sustentável”, disse ela. "No futuro, meu grupo está muito entusiasmado em usar esses tipos de conceitos e estratégias para mapear e enfrentar outros desafios sintéticos."

Mais informações: Qiu-Cheng Chen et al, Ajuste interfacial de superfícies Ag eletrocatalíticas para acoplamento eletrofílico baseado em fragmentos, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-023-01073-5
Informações do diário: Catálise da Natureza

Fornecido pela Universidade de Chicago