Reações químicas são iniciadas com mistura de força mecânica e elétrica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/03/2020

O processo mecânico-elétrico é simples e isento de solventes problemáticos.
[Imagem: Koji Kubota et al. - 10.1126/science.aay8224]

Fotorredox e mecanoquímica

As reações químicas normalmente são iniciadas misturando-se componentes e submetendo tudo ao calor.

Nos últimos dez anos, contudo, tem havido uma extensa pesquisa sobre "catalisadores de fotorredução", ou fotorredox, que podem ser ativados pela luz e induzir reações químicas altamente específicas e muito eficientes.

O campo tem avançado, mas essas reações geralmente exigem uma grande quantidade de solventes orgânicos problemáticos, o que torna o processo aplicável apenas a reagentes solúveis.

Outro campo de pesquisa relacionado é a mecanoquímica, a indução de reações químicas por meio de forças mecânicas. A mecanoquímica tem-se mostrado promissora para uma química mais verde justamente por dispensar os solventes agressivos e ambientalmente problemáticos.

Mecanorredox

Koji Kubota e colegas da Universidade de Hokkaido, no Japão, desenvolveram agora uma nova técnica que mescla essas duas rotas alternativas, usando a mecanoquímica para superar os problemas da fotoquímica.

Para isso, a equipe usou materiais piezoelétricos, que geram uma pressão mecânica quando recebem uma corrente elétrica, e vice-versa. Eles demonstraram que o potencial elétrico gerado pelo titanato de bário (BaTiO₃) pode ser usado para ativar reações químicas.

"Em nosso sistema, usamos a força mecânica fornecida por um moinho de bolas para ativar um material piezoelétrico para reações redox, ao mesmo tempo em que eliminamos o uso de solvente orgânico," contou Kubota.

A equipe batizou a técnica de reação mecanorredox, em oposição à reação fotorredox.

Arilação e borilação

Na demonstração, a equipe usou os potenciais elétricos derivados do material piezoelétrico para ativar um composto chamado sais de aril diazônio, gerando radicais altamente reativos. Os radicais passam por reações de formação de ligações, como reações de arilação e borilação - ambas importantes na química sintética - com alta eficiência. A equipe mostrou que a reação de borilação pode ocorrer até mesmo golpeando a mistura em um saco plástico com um martelo.

"Agora estamos explorando a capacidade de ajuste do potencial elétrico gerado mecanicamente. Juntamente com previsões computacionais, pretendemos estender a aplicabilidade dessa técnica. Nosso objetivo é complementar ou, pelo menos em parte, substituir as abordagens fotorredutoras existentes e fornecer uma alternativa ambientalmente amigável e econômica para ser usada na síntese orgânica industrial," disse o professor Hajime Ito, coordenador da equipe.

O próximo passo será reciclar o titanato de bário, para obter melhor rendimento e baixar o custo do processo.

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