O gás natural é um dos recursos energéticos mais abundantes da Terra. É composto principalmente de metano junto com etano e propano. Hoje, é queimado principalmente para produzir calor e eletricidade, um processo que emite gases de efeito estufa. Durante anos, investigadores e líderes industriais tentaram encontrar formas de converter estes hidrocarbonetos simples directamente em produtos químicos úteis, em vez de os queimarem. O desafio é que o metano e gases semelhantes são extremamente estáveis e não reagem facilmente, o que limitou a sua utilização como matérias-primas sustentáveis para a produção.
Uma equipa de investigação liderada por Martin Fananas, do Centro de Investigação em Química Biológica e Materiais Moleculares (CQS) da Universidade de Santiago de Compostela, desenvolveu agora um novo método para converter metano e outros componentes do gás natural em “blocos de construção” químicos versáteis que podem ser usados para fabricar produtos farmacêuticos de alto valor. Pesquisa, publicada A ciência avançaMarca um passo importante em direção a uma economia química mais sustentável e circular
Numa demonstração histórica, a equipe do CiQUS sintetizou pela primeira vez um composto bioativo diretamente do metano. O composto, dimestrol, é um estrogênio não esteróide usado na terapia hormonal. A criação de uma molécula tão complexa a partir do metano destaca o potencial desta abordagem para transformar um gás abundante e barato em produtos químicos sofisticados e comercialmente importantes.
Ativação de Metano e Alilação Seletiva
Os pesquisadores se concentraram em uma reação conhecida como alilação. Este processo liga um pequeno fragmento químico chamado grupo alil a uma molécula de gás, dando-lhe efetivamente uma “alça” funcional (um grupo alil) que os químicos podem criar nas etapas subsequentes. Com esta alça instalada, a molécula modificada pode ser convertida em uma ampla gama de produtos, desde ingredientes farmacêuticos até produtos químicos industriais em geral.
Um grande obstáculo era a tendência do sistema catalítico de desencadear reações indesejadas de cloração, que produziam subprodutos e reduziam a eficiência. Controlar esses efeitos colaterais foi essencial para tornar o processo prático.
Catalisador de ferro personalizado controla radicais livres
Para resolver este problema, a equipe desenvolveu um catalisador supramolecular especial. “A chave para esta descoberta é projetar um catalisador baseado em um ânion tetracloroferrato estabilizado por um cátion colidínio, que modula efetivamente a reação das espécies radicais geradas durante a reação”, explica o professor Fananas. “A formação de uma rede complexa de ligações de hidrogênio em torno dos átomos de ferro sustenta a reação fotocatalítica necessária para ativar o alceno, ao mesmo tempo que suprime a tendência do catalisador de sofrer reações de cloração competitivas. Isso cria um ambiente favorável para reações de acoplamento seletivo.”
Simplificando, a catálise manipula cuidadosamente intermediários radicais altamente reativos para que conduzam a transformação desejada sem causar efeitos colaterais indesejados.
Fotocatálise sustentável usando ferro e luz LED
Além da precisão química, o método também se destaca pelos benefícios ambientais. Depende do ferro, que é barato, amplamente disponível e muito menos tóxico do que os metais raros e preciosos frequentemente utilizados na química catalítica. A reação ocorre sob temperaturas e pressões relativamente amenas e é alimentada por luz LED. Juntos, esses recursos reduzem a demanda energética e o impacto ambiental.
A descoberta faz parte de um esforço de investigação mais amplo apoiado pelo Conselho Europeu de Investigação (ERC) que visa transformar as matérias-primas do gás natural em produtos químicos mais valiosos. Em um trabalho relacionado publicado na Cell Reports Physical Science, o mesmo grupo relatou um método para combinar diretamente esses gases com cloretos ácidos para produzir cetonas industrialmente importantes em uma única etapa. Ambos os avanços dependem da fotocatálise e fortalecem a posição da CiQUS como líder no desenvolvimento de estratégias inovadoras para utilizar de forma mais eficiente matérias-primas abundantes.
Rumo a uma economia química circular
A conversão do gás natural em intermediários químicos flexíveis pode expandir as opções industriais e reduzir gradualmente a dependência das matérias-primas petroquímicas tradicionais. A investigação beneficia do forte ambiente científico do CiQUS, que detém a acreditação CIGUS do Governo Galego em reconhecimento da excelência e do impacto da investigação. O centro também recebe financiamento básico da União Europeia através do programa Galicia Feder 2021-2027, apoiando a transferência de tecnologia e o progresso científico com claro potencial para maiores benefícios socioeconómicos.
