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S1-Bromopropano (n-propilbrometo ou nPB) é um composto organobromínico com a fórmula química CH3CH2CH2Br. [1] É um líquido incolor. Ligeiramente mais denso que a água e ligeiramente solúvel em água. Quando aquecido a altas temperaturas pode emitir gases tóxicos. [2]
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Para fazer sabão, basta inserir um átomo de oxigênio em uma ligação carbono-hidrogênio. A receita pode parecer simples. Mas as ligações de carbono-hidrogênio, como goma grudada no cabelo, são difíceis de separar. Uma vez que eles fornecem a base para muito mais do que apenas sabão, encontrar uma maneira de romper esse par teimoso pode revolucionar a forma como as indústrias químicas produzem de tudo, desde produtos farmacêuticos a produtos domésticos. Agora, pesquisadores da Harvard University e da Cornell University fizeram exatamente isso: pela primeira vez, eles descobriram exatamente como um catalisador reativo de cobre-nitreno - que, como a manteiga de amendoim usada para afrouxar o aperto da goma no cabelo, ajuda a estimular a ocorrência de uma reação química - poderia transformar uma dessas fortes ligações carbono-hidrogênio em uma ligação carbono-nitrogênio, um bloco de construção valioso para a síntese química. Em um artigo publicado na Science, Kurtis Carsch, um Ph.D. estudante na Escola de Graduação em Artes e Ciências da Universidade de Harvard, Ted Betley, o Professor de Química Erving em Harvard, Kyle Lancaster, Professor Associado de Química na Universidade de Cornell e sua equipe de colaboradores, não apenas descrevem como um cobre-nitreno reativo catalisador realiza sua mágica, mas também como engarrafar a ferramenta para quebrar essas ligações teimosas de carbono-hidrogênio e fazer produtos como solventes, detergentes e corantes com menos desperdício, energia e custo. As indústrias freqüentemente criam a base de tais produtos (aminas) por meio de um processo de várias etapas: primeiro, os materiais alcanos brutos são convertidos em moléculas reativas, geralmente com catalisadores de alto custo e às vezes nocivos. Então, o substrato transformado precisa trocar um grupo químico, o que geralmente requer um sistema catalítico totalmente novo. Evitar essa etapa intermediária - e, em vez disso, inserir instantaneamente a função desejada diretamente no material de partida - poderia reduzir os materiais gerais, a energia, o custo e potencialmente até a toxicidade do processo. Era isso que Betley e sua equipe pretendiam fazer: encontrar um catalisador que pudesse ignorar as etapas químicas. Embora os pesquisadores tenham procurado a composição exata de um catalisador reativo de cobre-nitreno por mais de meio século e até mesmo especulado que o cobre e o nitrogênio podem ser o núcleo da ferramenta química, a formação exata dos elétrons do par permaneceu desconhecida. “Elétrons são como imóveis, cara. A localização é tudo ”, disse Betley. “A disposição dos elétrons em uma molécula está intimamente ligada à sua reatividade”, disse Lancaster, que, junto com Ida DiMucci, uma estudante de pós-graduação em seu laboratório, ajudou a estabelecer os inventários de elétrons do cobre e do nitrogênio. Usando espectroscopia de raios-X para encontrar energias onde os fótons seriam absorvidos - a marca da ausência de um elétron - eles encontraram dois buracos distintos no nitrogênio. “Esse sabor de nitrogênio - no qual você tem esses dois elétrons ausentes - está implicado na reatividade há décadas, mas ninguém forneceu evidências experimentais diretas para essa espécie.” Eles têm agora. Normalmente, se um átomo de cobre se liga a um nitrogênio, ambos cedem alguns de seus elétrons para formar uma ligação covalente, na qual compartilham os elétrons equitativamente. “Neste caso”, disse Betley, “é o nitrogênio com dois orifícios, por isso tem dois radicais livres e é apenas ligado por um único par ao cobre”. Essa ligação impede que o nitreno volátil seja expelido e execute uma química destrutiva com tudo o que estiver em seu caminho. Quando alguém sofre um corte na perna, por exemplo, o corpo envia uma espécie reativa de oxigênio, semelhante a esses radicais nitrene. As espécies reativas de oxigênio atacam parasitas invasores ou agentes infecciosos, mas também podem danificar o DNA. Portanto, para conter o nitreno reativo, o primeiro autor Carsch construiu uma enorme gaiola na forma de um ligante. O ligante - como arbustos orgânicos ao redor do par de nitreno de cobre - mantém o catalisador intacto. Corte aquele arbusto e introduza outra substância - como uma ligação carbono-hidrogênio - e o nitrene ardente começa a trabalhar. Betley chama o catalisador de chave mestra, uma ferramenta com potencial para desbloquear ligações que, de outra forma, seriam fortes demais para serem usadas em síntese. “Esperançosamente, podemos gerar essas espécies químicas que agora vão ser tão reativas a ponto de tornarem as substâncias mais inertes que temos ao nosso redor como algo com que podemos brincar”, disse ele. “Isso seria muito, muito poderoso.” Uma vez que os blocos de construção - como cobre e aminas - são abundantes e baratos, a chave mestra pode desbloquear maneiras mais práticas de fazer produtos farmacêuticos ou domésticos. Quando Carsch fez a molécula pela primeira vez, “ele estava literalmente pulando de alegria”, disse Betley. “Eu estava tipo, 'OK, acalme-se.'” Mas os resultados ficaram mais interessantes: o nitreno reage melhor do que o esperado, embora “a molécula não tenha o direito de ser estável” e a estrutura de ligação parecia diferente de qualquer um dos projetos propostas durante as últimas seis décadas de pesquisa. “Se tivéssemos proposto desde o início, acho que as pessoas teriam zombado de nós.” Mesmo que Betley tenha perseguido essa espécie indescritível - o que Lancaster chama de "caça grande" - desde que lançou seu laboratório em 2007, ele se preocupa menos com sua vitória e mais com seus colaboradores. “Fico feliz em ver Kurtis e meus outros alunos empolgados com o que realmente são capazes de fazer.” Carsch enfrentou tanto os críticos quanto as barreiras químicas, mas persistiu em sua caçada. "Estou feliz que ele seja teimoso, tão teimoso quanto eu", disse Betley. Ambos podem ser tão teimosos quanto os laços que agora podem quebrar. Em Cornell, quando Lancaster e o aluno de graduação do quinto ano DiMucci confirmaram as descobertas, ele “enviou um e-mail bastante colorido” para a equipe Betley. Mas ele também dá crédito a seus colaboradores. DiMucci passou sete dias no Stanford Synchrotron Radiation Lightsource analisando a estrutura eletrônica do catalisador com sua equipe. “Sem seus novos recursos experimentais”, disse Lancaster, “nós realmente não teríamos sinal de ruído e o fundo baixo que tornava a identificação dessa coisa muito fácil”. Em seguida, a equipe poderia se inspirar neste novo design para construir catalisadores com aplicações de alcance ainda mais amplo, como espelhar a maneira da natureza de converter metano perigoso em metanol. “Um verdadeiro Santo Graal seria dizer, 'OK, aquela ligação CH aqui, aquela em particular nesta molécula, quero transformá-la em uma ligação CN ou CO'”, disse Lancaster.
Uma maneira de fazer polímeros orgânicos a partir de moléculas fragrantes em coníferas e árvores frutíferas foi desenvolvida por cientistas da Universidade de Birmingham. A técnica, desenvolvida para aplicações de impressão 3-D, pode levar a uma nova geração de materiais sustentáveis para uso em aplicações biomédicas ou prototipagem. Chamadas de terpenos, as moléculas são encontradas nos óleos essenciais de uma ampla variedade de plantas e são frequentemente utilizadas em fragrâncias, cosméticos e outros produtos domésticos. Por serem difíceis de extrair e processar, as versões sintéticas costumam ser substituídas. Os terpenos também podem ser usados para produzir resinas. Isso os torna extremamente interessantes para químicos e engenheiros que investigam novos polímeros sustentáveis para substituir os plásticos feitos de produtos petroquímicos. O desafio é encontrar uma maneira de processar os terpenos com eficiência suficiente para produzir materiais interessantes. Pesquisadores da Escola de Química da Universidade de Birmingham desenvolveram uma técnica para extrair as moléculas e convertê-las em resinas estáveis. Ao combiná-los com compostos orgânicos à base de enxofre chamados tióis, as resinas podem ser ativadas pela luz para formar um material sólido. Seus resultados são publicados na Polymer Chemistry. O processamento dos terpenos dessa maneira os torna particularmente úteis em um processo de impressão 3-D chamado estereolitografia, onde os objetos são construídos em várias camadas e fundidos sob luz ultravioleta para formar objetos 3-D. O autor principal, Professor Andrew Dove, explica: “Precisamos encontrar maneiras sustentáveis de fazer produtos poliméricos que não dependam de produtos petroquímicos. Os terpenos foram reconhecidos como tendo um potencial real nessa busca e nosso trabalho é um passo promissor para poder aproveitar esses produtos naturais. ” Diferentes terpenos produzem diferentes propriedades de materiais e a próxima etapa da equipe é investigar essas propriedades mais completamente para controlá-las melhor. Embora as fragrâncias não sejam fundamentais para as propriedades dos materiais dos terpenos, os pesquisadores estão interessados em ver se eles também podem ser aproveitados em alguns produtos.
