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Liderados pelo Diretor CHANG Sukbok, os cientistas do Centro de Funcionalizações de Hidrocarbonetos Catalíticos do Instituto de Ciências Básicas (IBS) fizeram um avanço na compreensão da estrutura e reatividade de um intermediário chave em reações catalíticas. Este intermediário, conhecido como metal de transição-nitrenóide, desempenha um papel crucial na conversão de hidrocarbonetos em amidas, que são importantes em produtos farmacêuticos e ciência de materiais.
Nas reações químicas, intermediários são substâncias que são formadas e consumidas durante a transformação de reagentes em produtos. Portanto, entender esses intermediários é crucial para melhorar as vias de reação e desenvolver catalisadores eficientes. Por exemplo, os compostos contendo nitrogênio formam a espinha dorsal de aproximadamente 90% dos produtos farmacêuticos e são essenciais na ciência dos materiais. Portanto, identificar os intermediários envolvidos nas reações de aminação, onde grupos funcionais baseados em nitrogênio são introduzidos em matérias-primas de hidrocarbonetos, é altamente importante.
Os pesquisadores reconheceram a importância de entender a estrutura e as propriedades dos intermediários de reação nas reações de aminação. Em particular, as reações que utilizam catalisadores de metais de transição e reagentes de dioxazolona são altamente úteis para a química medicinal e a ciência dos materiais, com mais de 120 grupos de pesquisa em todo o mundo contribuindo para o desenvolvimento desse campo.
A chave para entender essas reações no nível fundamental está na capacidade de estudar o intermediário da reação que se forma quando um catalisador de metal de transição se liga ao reagente de dioxazolona – conhecido como metal-acilnitrenóide. Essas espécies intermediárias têm sido notoriamente difíceis de estudar devido à sua natureza altamente reativa, o que lhes permite existir apenas por um momento fugaz. Além disso, as reações catalíticas tradicionais geralmente ocorrem em uma solução, onde as substâncias intermediárias reagem rapidamente com outras moléculas, tornando-as ainda mais difíceis de estudar.
Para enfrentar esse desafio, a equipe do IBS desenvolveu uma abordagem experimental usando fotocristalografia de raios-X. Além disso, eles também se concentraram em rastrear reações químicas em estado sólido em vez de soluções líquidas. Para esse propósito, eles desenvolveram um novo complexo de ródio cromóforo com um ligante bidentado de dioxazolona, onde a transferência de carga de metal para ligante fotoinduzida inicia a amidação catalítica de CH de fontes de hidrocarbonetos como o benzeno.
Usando este sistema recém-projetado, os pesquisadores sintetizaram um complexo de coordenação ródio-dioxazolona isolável. Então, por meio de análise de difração de raios X de cristal único fotoinduzida usando radiação síncrotron (Pohang Accelerator Laboratory), eles conseguiram revelar a estrutura e as propriedades do intermediário ródio-acilnitrenóide pela primeira vez. Além disso, este estudo foi projetado para também obter monitoramento cristalográfico da transferência de ródio-acilnitreno em direção a um nucleófilo externo, tudo na fase sólida, o que fornece instantâneos mecanísticos completos do processo de transferência de nitrenóide.
Esta pesquisa inovadora marca um passo significativo em comparação com pesquisas anteriores no campo da catálise envolvendo intermediários metal-nitrenóides. Ao observar intermediários metal-nitrenoides em reações catalíticas, o estudo fornece informações cruciais sobre sua reatividade. Espera-se que essas descobertas contribuam para o desenvolvimento de catalisadores mais reativos e seletivos para reações de aminação de hidrocarbonetos no futuro.
O diretor Chang destacou a importância dessa descoberta afirmando: “Capturamos experimentalmente o intermediário metal de transição nitrenóide, cuja existência foi apenas hipotética e difícil de provar”. Ele observou ainda que esta pesquisa forneceria pistas importantes para o projeto de catalisadores altamente reativos e seletivos que poderiam ser úteis em várias indústrias, possivelmente até contribuindo para o desenvolvimento de um ‘catalisador universal’.
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