A chave é melhorar as reações químicas para melhorar os processos industriais ou reduzir o desperdício indesejado ou prejudicial. Para realizar essas melhorias, os químicos precisam ser projetados em torno dos caminhos da resposta documental. Agora, uma equipe de pesquisadores do Pen State descobriu que uma reação básica chamada adição oxidativa pode seguir uma maneira diferente de alcançar os mesmos fins, levantando a questão de que essa nova sequência de eventos está acontecendo e se é possível abrir um novo espaço para o design químico.
Um artigo para descrever o estudo foi publicado em 23 de junho de 2025 Jornal da American Chemical Society.
Resposta a compostos orgânicos – carbono, hidrogênio, oxigênio e vários outros ingredientes – limitado por padrões de ligação específicos e layout eletrônico para material orgânico. Mais medidas eletrônicas são encontradas em metais de transição, outros tipos de componentes que incluem, por exemplo, platina e paládio. Quando os metais de transição se comunicam com compostos orgânicos, essa camada associada de complicações pode corrigir a estrutura eletrônica de compostos orgânicos que levam à ampla variedade de reações em potencial, as ligações químicas são quebradas e as reações de catalisação não são possíveis em compostos puramente biológicos. A maneira como essas reações químicas podem acontecer pode ajudar a projetar os químicos para melhorar a eficiência dos químicos ou explorar a eficiência dos processos industriais dos químicos, o que pode ajudar a reduzir os poluentes ambientais, por exemplo, segundo os pesquisadores.
Jonathan Kuo, professor assistente do Departamento de Química do Eberley College of Science em Pen State, disse: “O metal de transição contém propriedades que lhes permitem quebrar sua química biológica”. “Por exemplo, os sistemas biológicos são considerados principalmente como orgânicos, mas a maioria das células ocorre em locais ativos, onde os co-componentes de metal realmente carregam reatividade. Os metais convertidos também são usados para catalisar as reações químicas em escala de arte. Essas reações são um modo de natureza ou mesmo inovação que é uma maneira da natureza ou mesmo inovação”.
As reações químicas ocorrem porque os átomos que compõem moléculas podem “querer” em um estado que seja mais estável. Essa estabilidade é feita principalmente pela realização dos elétrons na órbita – uma nuvem ao redor do núcleo nuclear onde é provável que os elétrons sejam localizados. Por exemplo, um átomo de hidrogênio contém apenas um elétron que vive na órbita “1s”. No entanto, dois atômicos de hidrogênio podem se unir para criar di -hidrogênio (H2), onde as duas órbitas 1s se misturam para criar duas órbitas híbridas. Os dois híbridos hospedam mais dois elétrons estáveis, resultando em economia de energia líquida e mais estabilidade. Os elementos complicados maiores e mais complexos podem ter múltiplos orbitais A com orbitais P, D e F, que têm formas e capacidades diferentes, o que leva a mais variações na estrutura eletrônica e mais reações químicas em potencial.
“Na natureza, um átomo de hidrogênio só pode suportar seus elétrons usando seu único recurso orbital, a 1s órbita”, disse Koo. “Mas dois átomos de hidrogênio podem ser combinados: ‘Temos dois elétrons e dois recursos orbitais, qual é a maneira mais eficaz de compartilhar o ônus entre nossos recursos.
Na maioria dos detalhes da adição oxidativa, os metais de transição são solicitados a doar seus elétrons para camadas orgânicas durante o processo de ligação. A intimidade das moléculas orgânicas com metal de transição permite misturar as duas órbitas, conduz diferentes tipos de reações. Por esse motivo, os compostos de metais de transição que fizeram muitas tentativas de desenvolver densas eletrônicas, o que os tornará ativadores mais poderosos.
“Mas foi notado que algumas adições oxidativas são um pouco diferentes”, disse Koo. “Um subgrupo é realmente acelerado por compostos de metais de transição que são deficiência eletrônica.
A equipe de pesquisa usou compostos de metal de platina e paládio – que não eram densos eletrônicos – e eles se abriram para o gás de hidrogênio. Eles então usam o espectro de ressonância magnética nuclear (RMN) para monitorar as alterações no complexo de metais de transição. Dessa maneira, eles podem observar uma etapa intermediária que indica que o hidrogênio doou seus elétrons ao complexo metálico, antes de atingir a condição de um resultado final, que foi diferente da adição oxidativa.
“Estamos interessados em conectar esse novo drama ao manual de metal de transição”, disse Koo. “Abrimos maneiras novas e emocionantes que podemos usar a química de metais de transição, mostrando que isso pode acontecer. Estou especialmente interessado em encontrar reações que possam quebrar os contaminantes teimosos” “
Além do Koo, o esquadrão de pesquisa inclui Nisha Rao, o primeiro autor do graduado em química do Pen State. Pen State Eberley College of Science apóia esta pesquisa.
