Química Verde. Parte 2: reagentes catalisadores

Os tipos de catalisadores na Química Verde estão relacionados fundamentalmente com a economia e átomos e o fato de se evitar o uso de substâncias auxiliares, solventes, grupos protetores e outros, que depois sejam difíceis de reciclar e sejam perigosos para a saúde e/ou meio ambiente.

A síntese química e os catalisadores não tiveram uma evolução com o passar do tempo, mas tem tido histórias paralelas, desenvolvidas pelos químicos orgânicos primeiramente, e pelos químicos físicos, em segundo lugar. Por este motivo, até o século passado não foram usados estes compostos tão úteis em muitos processos químicos. Na década de 1930, a indústria petroquímica teve seu auge e foi aí que começou a se estender o uso dos catalisadores. Atualmente, é comum o uso destes compostos em nível industrial e nos laboratórios de engenharia química onde se desenvolvem os processos que logo são empregados na indústria.

Os pesquisadores que trabalham em laboratórios de Síntese Química, na obtenção de novas moléculas para serem usadas como medicamentos, biocidas ou qualquer outra aplicação, historicamente têm estado mais comprometidos com o fator tempo e menos com a segurança e a economia das reações. Entretanto, há alguns anos que os químicos estão preocupados em projetar sínteses mais seguras para a saúde e para o meio ambiente, seguindo os princípios da economia de átomos e de gerar poucos resíduos. Para alcançar esses objetivos, os catalisadores têm um papel fundamental, de modo que foram incorporados em muitos tipos de reações, com resultados surpreendentes, gerando benefícios econômicos e meioambientais.

Podemos dizer que atualmente há muitos laboratórios de pesquisa que se guiam pelos princípios da Química Verde na hora de realizar seus estudos, por isso é importante ter empresas como a Wako, que sintetizam e comercializam uma ampla variedade de catalisadores. Neste artigo descreveremos alguns deles que podem ser classificados em vários grupos:

Catalisadores metálicos

Neste grupo podemos mencionar metais, como cobalto, níquel, platina, zircônio, ródio, paládio, rutênio e outros metais que são usados em reações de obtenção de produtos orgânicos e inorgânicos diretamente como catalisadores ou servem como ponto de partida para a síntese de complexos que logo podem ter função catalítica.

Catalisadores imobilizados

Catalisadores de Paládio para a redução quimioseletiva

Há muitos anos o catalisador de paládio sobre carbono é um dos mais utilizados na redução de alcenos e outros processos muito comuns. A desvantagem do Pd/C é que, ao ser tão bom redutor, ao usá-lo como catalisador, não se pode alcançar regiosseletividade ou quimioseletividade na maioria das reações. Para cobrir esta necessidade, a Wako desenvolveu catalisadores de paládio imobilizados com aqueles que se pode conseguir quimioseletividade em uma grande variedade de reações, que são: com etilendiamina [Pd/C (en)] que tem como vantagem que não é combustível e é estável sob as condições normais de armazenamento, com fibroína [Pd/Fib] ideal para reduções de alcenos com hidrogênio em moléculas com outros grupos suscetíveis à redução e com polietilenimina [Pd/PEI] que é capaz de catalisar o alcino para alceno de maneira seletiva. Estes catalisadores são ativos frente a diferentes grupos funcionais, por isso, dependendo da reação que se deseja ter, pode-se selecionar um deles.

Catalisadores suportados em hidroxiapatita (HAP)

Um dos catalisadores que a Wako comercializa com estas características é o Rutênio (III)-hidroxiapatita [RuHAP], que nada mais é do que o cloruro de rutênio (II) suportado em hidroxiapatita, composto natural encontrado nos ossos e dentes. Utilizando o RuHAP como catalisador de reações de oxidação com oxígeno, se chegam a excelentes resultados, sob pressão atmosférica. Este catalisador pode ser usado para a oxidação de alcoóis primários e secundários em aldeídos e cetonas respectivamente, alcançando bons rendimentos, inclusive se o ar é usado como oxidante em vez do oxígeno. Outros compostos que podem ser oxidados com o uso do RuHAP são os que contêm grupos de aminas primárias, nitrilos e silanóis em sua estrutura, para dar lugar a nitrilos, amidas e silanóis. O RuHAP cumpre os princípios da Química Verde ao poder ser recuperado do meio de reação e reutilizado.

VER TAMBÉM: Química Verde. Parte 1: Reagentes usados nos laboratórios de pesquisa

Catalisadores quirais de transferência de fase

Catalisadores de Maruoka

Os catalisadores quirais de transferência de fase que são formados por um sal de espiro amônio opticamente ativo com dois anéis de binaftilo são denominados catalisadores de Maruoka porque foram obtidos pela primeira vez por Maruoka e colaboradores na Universidade de Kyoto. Neste caso, os catalisadores quirais que a Wako oferece são adequados para catalisar, por exemplo, a alquilação assimétrica enantioseletiva de derivados de aminoácidos.

Catalisador de Kawabata para a acilação

O octil éster do ácido 2’, 5'-[4-(N-Pirrolidinil) piridina] bis [(2-acetilamido)-3-(1H-indol-3-il)] propiônico, é denominado catalisador para acilação Kawabata por ser este o nome do responsável pela pesquisa da investigação que levou à sua obtenção e caracterização. Este catalisador permite realizar a acilação seletiva do grupo hidroxilo localizado na posição 4 dos derivados de açúcar. Utilizar este catalisador traz várias vantagens por não ter que cumprir os passos de proteção e desproteção de grupos funcionais necessários para a catálise enzimática que é o procedimento de acetilação de açúcares mais comum. Outra vantagem é que não se obtém produtos diacilados, difíceis de serem separados ao final da reação.

Outros catalisadores disponíveis no catálogo exclusivo de Wako são os sólidos super ácidos, como o Nafion®, ou biocatalisadores, ou nanoboxes de paládio, entre outros catalisadores que podem ser utilizados em reações em meio aquoso e que servem para se desenvolver processos cada vez mais sustentáveis.

Bibliografia:

1) H. Sajiki, T. Ikawa, H. Yamada, K. Tsubouchi, K. Hirota, Tetrahedron Lett., 44, 171, 2003.

2) K. Yamaguchi, K. Mori, T. Mizugaki, K. Ebitani, K. Kaneda, J. Am. Chem. Soc., 122, 7144, 2000.

3) T. Ooi, M. Taniguchi, M. Kameda, K. Maruoka, Angew. Chem. Int. Ed., 41, 4542, 2002.

4) Kawabata, T., Muramatsu, W., Nishio, T., Shibata, T. and Schedel, H., J. Am. Chem. Soc., 129, 12890, 2007.

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