Na indústria química, a clivagem seletiva e a oxidação das ligações carbono-hidrogênio (C-H), chamada de "funcionalização oxidativa C-H", é uma etapa essencial na produção de muitos solventes, polímeros e surfactantes, bem como compostos intermediários. para agroquímicos e farmacêuticos. Idealmente, deve-se usar oxigênio (O₂ ) como o único oxidante neste processo para evitar o uso de substâncias mais caras e ambientalmente desgastantes, como o peróxido de hidrogênio (H₂ O₂ ), cloro (Cl₂ ), ou ácido nítrico (HNO₃ ).
No entanto, usando O₂ como o oxidante acarreta alguns problemas não resolvidos. Embora algum progresso tenha sido feito no campo de catalisadores recuperáveis ​​e reutilizáveis, a maioria dos sistemas heterogêneos requer altas temperaturas de reação, alto teor de O₂ pressões ou o uso de aditivos tóxicos. Por sua vez, isso prejudica o escopo de aplicações potenciais, escalabilidade e eficiência desses sistemas catalíticos.

Nesse contexto, uma equipe de cientistas da Tokyo Tech, liderada pelo professor associado Keigo Kamata, encontrou recentemente um catalisador promissor para a funcionalização oxidativa de C–H. Conforme explicado em seu artigo publicado em ACS Applied Materials &Interfaces , eles inferiram que espécies isoladas de manganês (Mn) fixadas em uma matriz cristalina podem constituir um catalisador heterogêneo de alto desempenho mesmo em condições de reação brandas, com base no conhecimento prévio.

Assim, eles investigaram o catalisador do tipo murdoquita Mg₆ MnO₈ , uma estrutura de sal-gema de óxido de magnésio (MgO) com um oitavo do Mg ²⁺ íons substituídos por Mn ⁴⁺ íons e outro oitavo substituído por vacâncias, resultando em um cristal com íons de Mn e vacâncias ocupando camadas alternadas ordenadamente. Usando um método sol-gel econômico auxiliado pelo ácido málico, a equipe preparou o Mg₆ MnO₈ nanopartículas com uma área de superfície muito alta. Dr. Kamata elabora:"A área de superfície específica do nosso Mg₆ MnO₈ catalisador foi de 104 m ² /g, cerca de sete vezes maior que o de Mg₆ MnO₈ sintetizado usando métodos previamente relatados."

Os pesquisadores também demonstraram, por meio de vários experimentos, que seu Mg₆ MnO₈ nanopartículas podem catalisar eficientemente a oxidação seletiva de C-H de vários compostos de alquilareno, mesmo sob condições de reação suaves, ou seja, 40°C e pressão atmosférica. O rendimento dos produtos finais também foi superior ao obtido com os catalisadores à base de Mn existentes. Para completar, o Mg₆ MnO₈ as nanopartículas podem ser facilmente recuperadas por filtração e depois reutilizadas sem qualquer perda aparente na atividade catalítica após vários ciclos.

Finalmente, a equipe procurou entender por que o catalisador proposto teve um desempenho tão bom por meio de uma série de estudos cinéticos e mecanísticos. Eles concluíram que o isolamento de sítios redox (espécies Mn, neste caso) em uma matriz de base cristalina (MgO) foi uma característica particularmente importante para alcançar a funcionalização oxidativa C–H usando O₂ em condições amenas.

Satisfeito com os resultados e suas descobertas, o Dr. Kamata especula:"Nossa abordagem constitui uma estratégia promissora para o desenvolvimento de sistemas de oxidação heterogêneos altamente eficientes com amplos escopos de substrato". + Explorar mais

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