VALÈNCIA 23 jul. (EUROPA PRESS) -
Um grupo de pesquisa do Instituto de Tecnologia Química (ITQ), um centro conjunto do Conselho Nacional de Pesquisa da Espanha (CSIC) e da Universidade Politécnica de Valência (UPV), desenvolveu um novo método para produzir plásticos, produtos farmacêuticos e detergentes sem metais ou solventes tóxicos.
O novo método para realizar uma reação fundamental na indústria química, a epoxidação de alcenos, usando apenas oxigênio ou ar, sem a necessidade de catalisadores ou solventes, foi patenteado e seus resultados foram agora publicados na revista Nature Communications, de acordo com o CSIC em um comunicado.
A epoxidação de alcenos é uma reação fundamental na indústria química, na qual um alceno, uma molécula orgânica composta de carbono e hidrogênio, é transformado em um epóxido, um composto altamente reativo que é muito útil em muitas reações químicas e industriais.
Eles são essenciais, entre outros, na produção de plásticos e resinas epóxi (polímeros de grande resistência e versatilidade usados nos setores de construção, informática e automotivo), bem como na fabricação de produtos farmacêuticos, detergentes, fragrâncias e aromas.
A esse respeito, o pesquisador científico do CSIC no ITQ (UPV-CSIC) e coautor da pesquisa, Antonio Leyva Pérez, explicou que os alcenos são como peças de Lego feitas apenas de carbono e hidrogênio, com uma "ligação dupla" entre dois de seus átomos de carbono e que essa ligação dupla é uma espécie de "ponto fraco" onde a molécula é "mais reativa".
A epoxidação é a reação química que pega essas peças de Lego, os alcenos, e adiciona um átomo de oxigênio a elas para formar uma estrutura de três átomos, dois de carbono e um de oxigênio. O resultado é "um novo composto, o epóxido, que é muito mais reativo e versátil, um bloco de construção fundamental que de fato abre muitas portas na química".
Até agora, um dos métodos mais comuns para a obtenção de epóxidos é a epoxidação catalítica, um processo químico no qual os alcenos obtêm o átomo de oxigênio do peróxido de hidrogênio, comumente conhecido como peróxido de hidrogênio. No entanto, para que o peróxido doe o átomo de oxigênio para os alcenos, é necessário o uso de catalisadores, nos quais são usados metais como vanádio ou titânio, que atuam como "mediadores moleculares" para converter os alcenos em epóxidos.
Entretanto, o método "inovador" desenvolvido pelo ITQ possibilita a obtenção de epóxidos sem o uso de catalisadores, o que era considerado inviável até agora. Além disso, seus resultados mostram "altos rendimentos e uma seletividade de até 90%, que se refere à preferência de uma reação química para formar um composto específico, quando há a possibilidade de vários resultados diferentes".
Para conseguir isso, o sistema emprega diferentes maneiras: a reação pode ser realizada usando ar a pressões moderadas (entre 3 e 5 bar); usando contato direto com o ar, onde a reação pode ocorrer espontaneamente à temperatura ambiente, o que também é inédito até agora; e aplicando oxigênio e calor, com temperaturas entre 100 e 200°C.
Esse processo pode ser realizado em um frasco comum aberto ao ar por várias horas, o que aumenta significativamente a produção atual. A reação ocorre por meio de uma série de interações entre os alcenos líquidos e o oxigênio do ar.
Sob essas condições, os alcenos reagem para formar radicais, que são partículas altamente reativas capazes de ativar o oxigênio no ar. Isso gera um superóxido, ou seja, um radical livre ou molécula com um elétron desemparelhado (nenhum outro elétron na mesma região ao redor do núcleo de um átomo) que reage com os alcenos ativados para formar um produto intermediário que, por sua vez, interage com mais oxigênio para dar origem ao produto final: um epóxido.
"Graças a esse processo, é possível eliminar o peróxido de hidrogênio, os aditivos e o solvente usados até agora na indústria, substituindo tudo por ar. Isso reduz os custos de produção em mais de 50%", diz Judit Oliver, pesquisadora do CSIC no ITQ (UPV-CSIC) e coautora do estudo.
UM MÉTODO INDUSTRIALMENTE ESCALÁVEL
Além de ser sustentável, esse método se destaca por "sua simplicidade, pois requer apenas alceno puro e ar ou oxigênio como os únicos reagentes para realizar a reação". Ele também pode ser aplicado a diferentes tipos de alcenos, inclusive os derivados de biomassa. Outra vantagem é que ele pode ser diretamente integrado a processos químicos comuns, como a preparação de polímeros, lubrificantes e produtos farmacêuticos.
"Isso abre novas oportunidades para a síntese one-pot, na qual todos os reagentes são combinados em um único recipiente sem a necessidade de isolar ou purificar os intermediários formados entre cada etapa", explica Susi Hervàs Arnandis, pesquisadora de pré-doutorado do ITQ (UPV-CSIC) cuja tese faz parte desse trabalho.
Assim, o novo método pode ser combinado com outros processos de síntese em um único reator e tem um baixo custo operacional porque requer menos etapas, menos materiais e equipamentos mais simples do que os tradicionalmente usados para obter a mesma reação. Isso significa que é mais fácil aumentar a escala industrial.
"Com o aumento da escala industrial, os reatores específicos usados para o peróxido de hidrogênio podem ser substituídos por outros mais simples, já que o peróxido de hidrogênio é muito corrosivo e explosivo, obtendo-se um processo mais seguro, sustentável e econômico", diz o pesquisador do CSIC Antonio Leyva.
O trabalho foi realizado no Grupo de Catálise para Reações Orgânicas Sustentáveis do ITQ, como parte da tese de doutorado de Susi Hervàs Arnandis, orientada conjuntamente por Judit Oliver Meseguer e Antonio Leyva Pérez. Francisco Garnes Portolés e Silvia Rodríguez Nuévalos, ex-membros do grupo de pesquisa, também participaram desse estudo como coautores. Os resultados obtidos estão protegidos pelo número de patente P202430625.
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