Síntese bem-sucedida de policarbonato usando o método de polimerização interfacial foto sob demanda – Strong The One

Com o objetivo de desenvolver uma nova reação química que permita a síntese de carbonatos seguros, baratos, simples e de baixa carga ambiental, o grupo de pesquisa do Professor Associado Akihiko TSUDA da Kobe University Graduate School of Science trabalhou no desenvolvimento de uma reação de polimerização interfacial por por meio do método de síntese orgânica photo-on-demand desenvolvido por esse mesmo grupo. Eles descobriram que quando a luz ultravioleta incide sobre uma solução mista de hidróxido de sódio aquoso, clorofórmio e álcool (em um estado trifásico separado da fase gasosa, fase aquosa e fase orgânica), enquanto o gás oxigênio está sendo borbulhado através dela, uma reação é gerada nas interfaces e o policarbonato alvo pode ser obtido com alto rendimento. Este novo método é adequado para a síntese em pequena escala de uma ampla gama de produtos de carbonato.

A equipe de pesquisa obteve patentes sobre o método de síntese interfacial foto-sob demanda de carbonatos nos EUA, Cingapura, Japão, China, Alemanha e outros oito países. Além disso, um artigo técnico relacionado a este estudo foi publicado na página da ACS Omega (American Chemical Society) em 18 de julho de 2023.

Main pontos

• A equipe de pesquisa conseguiu sintetizar carbonatos de forma segura, barata, simples e com baixa carga ambiental, simplesmente lançando luz ultravioleta em uma solução mista de clorofórmio disponível comercialmente, álcool e uma solução aquosa de hidróxido de sódio.
• Geralmente, porque uma solução aquosa de hidróxido de sódio decompõe tanto o clorofórmio quanto o fosgênio e, embora se esperasse que evitasse reações, surpreendentemente ao contrário dessa expectativa, a reação foi promovida.
• Atualmente, a maioria dos policarbonatos é fabricada pela reação do gás fosgênio com álcool. No método de síntese aqui descrito não há necessidade de manusear diretamente o fosgênio, porque a quantidade necessária de fosgênio é gerada pela irradiação da luz para o solvente clorofórmio.
• A equipe de pesquisa conseguiu sintetizar quatro tipos de carbonato disponíveis comercialmente, três tipos de carbonato fluorado (usado como substituto do fosgênio), três tipos de policarbonato de uso geral, um tipo específico de policarbonato fluorado e seis tipos de derivados de ureia.
• Enquanto o método convencional empregando fosgênio diretamente é preferido para a produção em larga escala de uma pequena variedade de carbonatos, este método de síntese é preferido para a produção de uma grande variedade de policarbonatos em pequena escala.
• Isso poderia contribuir para a implementação de uma sociedade neutra em carbono e sustentável com baixo teor de CO₂ emissões, consumo de energia e resíduos.
• Este estudo foi apoiado pelo Programa de Transferência de Tecnologia Adaptável e Contínuo por meio de P&D orientado para o alvo (JST A-STEP SEED Oriented Results)

Antecedentes da pesquisa

Fosgênio (COCl₂) é usado como matéria-prima para intermediários farmacêuticos e polímeros. O mercado mundial de fosgênio continua a crescer em uma escala de vários pontos percentuais por ano atualmente, com 8 a 9 milhões de toneladas produzidas anualmente. No entanto, por ser altamente tóxico, existem estudos ativos sobre o desenvolvimento de compostos e reações químicas que possam substituí-lo por questões de segurança. O grupo de pesquisa do professor associado Akihiko Tsuda descobriu pela primeira vez que quando a luz ultravioleta incide sobre o solvente de clorofórmio, ocorre a oxidação fotoquímica para produzir fosgênio com alta eficiência (Patente número 5900920). Além disso, a equipe de pesquisa descobriu um método sintético no qual os substratos de reação e os catalisadores para reagir com o fosgênio são previamente dissolvidos em clorofórmio e, quando o fosgênio é gerado por irradiação com luz, eles reagem imediatamente para dar o produto. (Patente nº 6057449). Este método permite a implementação de síntese orgânica usando fosgênio, embora aparentemente não adicione fosgênio. Essa equipe de pesquisa chamou esse efeito de “método de síntese orgânica de fotos sob demanda” e conseguiu sintetizar um grande número de produtos químicos e polímeros orgânicos úteis. Quando comparado com o manuseio direto convencional de fosgênio, o método de síntese orgânica foto-sob demanda apresenta segurança e economia, bem como baixa carga ambiental, e está recebendo muita atenção atualmente da indústria e da academia como um romance de última geração método de síntese química. Várias reações químicas usando fosgênio são conhecidas e usadas na produção industrial. A equipe de pesquisa descobriu atualmente que o método de síntese orgânica de fotos sob demanda pode ser usado na maioria dessas reações químicas e continua essa pesquisa, enquanto anuncia ativamente essa atividade em artigos de periódicos, conferências e mídia de massa.

Conteúdo da Pesquisa

Este estudo emprega uma solução heterogênea misturando álcool, clorofórmio (CHCl₃) e uma solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH), atravessando as três fases de uma fase gasosa, uma fase aquosa e uma fase orgânica, e conseguiu desenvolver uma nova reação interfacial foto-sob demanda. Usando esta reação fotoquímica, a equipe de pesquisa conseguiu sintetizar carbonatos de álcoois aromáticos e policarbonatos (PC) de dióis aromáticos, permitindo uma síntese segura e prática em escala, de alto rendimento, simples, barata e com baixa carga ambiental (FIG. 1, Reação (c); FIG. 2). Em comparação com algumas d