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Um novo complexo de ferro foi desenvolvido como um catalisador para a oxidação do metano para convertê-lo seletivamente em metanol. Este complexo pode oxidar o metano de forma eficiente, prendendo o metano internamente, evitando a superoxidação do metanol produzido. Usando este complexo, a conversão direta e seletiva de metano em metanol foi alcançada com sucesso em uma solução aquosa.
Extensas pesquisas foram conduzidas sobre a oxidação do metano para obter metanol para a produção de compostos úteis, como formaldeído, éter dimetílico, etc. conhecimento, nenhum método foi desenvolvido para converter metano em metanol de forma eficiente e seletiva sob condições amenas.
Inspirados na estrutura e no mecanismo de reação de metaloenzimas naturais que oxidam o metano, os pesquisadores desenvolveram um complexo de ferro mononuclear com um ambiente hidrofóbico próximo ao centro de ferro ativo. Usando este complexo de ferro como catalisador e um oxidante barato e seguro, eles realizaram a conversão direta de metano em metanol com alta eficiência e seletividade.
Nesta reação, a oxidação do metano ocorre em condições amenas de temperatura de 50 °C e pressão de ~10 atm em uma solução aquosa. O número de rotatividade catalítica excede 500 em 3 h e o metanol pode ser produzido com uma alta seletividade de 83%. A obtenção de tão alta eficiência e seletividade se deve à presença de um ambiente hidrofóbico próximo ao centro de ferro, ou seja, o sítio ativo do catalisador. A cavidade hidrofóbica aprisiona o metano (substância hidrofóbica) e libera o metanol gerado (substância hidrofílica) na solução aquosa, evitando a oxidação excessiva do metanol ao suprimir sua aproximação ao centro de ferro ativo.
Espera-se que tal mecanismo de “pegar e liberar” seja um modelo eficaz que pode ser aplicado à conversão de metano em metanol, bem como à conversão química eficiente de vários compostos orgânicos hidrofóbicos.
Este trabalho foi apoiado por JST CREST (concessão nºs. JPMJCR16P1 e JPMJCR15P5) e por Grants-in-Aid (concessão nºs. 17H03027, 18K19089 e 21H01947) da Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência (JSPS). KY e YS reconhecem os projetos MEXT do Programa de Pesquisa Cooperativa do Centro Conjunto de Pesquisa em Rede para Materiais e Dispositivos, Consórcio de Pesquisa Integrada em Ciências Químicas e a Iniciativa de Estratégia de Elementos para Formar o Centro de Pesquisa Central. O HF também reconhece o financiamento do JST SPRING (concessão no. JPMJSP2124) e a Bolsa de Pesquisa para Jovens Cientistas fornecida pelo JSPS (concessão no. 22J10804).
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