Perfume, álcool isopropílico, um medicamento para colesterol e até mesmo processos biológicos dependem de um processo químico denominado reação aldólica. A reação combina principalmente compostos para formar ligações carbono-carbono, que são incrivelmente fortes e fornecem estabilidade a uma molécula.



Os aglomerados de catalisadores feitos de alumínio e oxigénio normalmente ajudam a acelerar esta reação, mas os aglomerados que também incluem elementos de terras raras podem oferecer propriedades mais desejáveis ​​e sinérgicas, de acordo com uma equipa de investigadores baseada na China.

A equipe desenvolveu três desses clusters, cada um dos quais produziu um rendimento real de pelo menos 74% e até 86% dos produtos finais potenciais teóricos – que são considerados bons em ambientes práticos, como um laboratório. Eles publicaram seus resultados em Polioxometalatos .

"Na química orgânica, a reação aldólica é um dos métodos mais importantes para a formação de ligações carbono-carbono", disse o autor correspondente Wei-Hui Fang, professor pesquisador do Laboratório Estadual de Química Estrutural do Instituto Fujian de Pesquisa sobre o Estrutura da Matéria, Academia Chinesa de Ciências. "Até agora, muitos catalisadores têm sido usados ​​em reações aldólicas, mas os aglomerados são menos usados ​​nesse sentido."

Os aglomerados compreendem átomos ligados e são maiores que uma molécula, mas menores que um material sólido a granel. Os aglomerados catalíticos convencionais, conhecidos como complexos homometálicos, são feitos de alumínio e oxigênio ou elementos de terras raras. No entanto, de acordo com Fang, os complexos heterometálicos que combinam os dois são muito mais raros – apesar das propriedades que permitiriam que os dois componentes funcionassem melhor juntos.

"Os compostos heterometálicos podem levar a propriedades sinérgicas emergentes, mas permanecem relativamente inexplorados devido aos complicados sistemas de reação contendo mais de três componentes, incluindo dois metais mais ligantes", disse Fang.

Fang e sua equipe desenvolveram anteriormente um método para produzir anéis moleculares de alumínio carregados com íons lantanídeos únicos, que são uma classe de elementos de terras raras conhecidos como metais leves. Eles descobriram que, aumentando a quantidade de alumínio e de íons lantanídeos, poderiam produzir um composto cluster puro com estrutura cristalina. Ao alterar a quantidade e o tipo de íons lantanídeos – cério, praseodímio ou neodímio – eles produziram os três aglomerados heterometálicos.

"Empregamos hidrólise parcial controlada por ligante para produzir esses aglomerados em forma de chapéu", disse Fang. Tal processo envolve o uso de água para quebrar moléculas em componentes menores que podem ser reorganizados em diferentes complexos. Ligantes, ou íons ligados a um átomo, podem ajudar a controlar o processo, evitando certas dissociações. "Seu arranjo único de compartilhamento de vértice a borda não foi relatado em aglomerados de terras raras ou oxo de alumínio."

O arranjo de compartilhamento refere-se a como as moléculas se unem, com arestas e vértices emparelhando de tal forma que os aglomerados parecem chapéus. Os pesquisadores usaram várias técnicas de imagem e análise química para caracterizar os clusters. Eles então testaram quão bem cada um acelerou uma reação aldólica com acetona. A 60°C e após 48 horas, o cluster com cério produziu um rendimento de 86%, o que Fang chamou de resultado "excelente". O cluster com praseodímio teve rendimento de 84% e o cluster com neodímio teve rendimento de 74%.

“Pode-se ver que a combinação heterometálica de alumínio e o sistema de terras raras traz um tipo de estrutura completamente diferente dos dois sistemas originais”, disse Fang. "Prevemos que a hidrólise parcial controlada por ligante continuará a ser eficaz na síntese heterometálica."

Mais informações: Xiao-Yu Liu et al, cubano tetramérico Al 9Ln 7 (Ln =Ce, Pr, Nd) aglomerados como catalisadores de adição aldólica, Polioxometalatos (2023). DOI:10.26599/POM.2023.9140045
Fornecido pela Imprensa da Universidade de Tsinghua