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C–H Activation

Método verde produz ácido metanosulfônico a partir do metano

O processo de baixa temperatura, livre de metal produz o ácido forte biodegradável ao reagir metano com trióxido de enxofre

by Mitch Jacoby
March 21, 2019 | APPEARED IN VOLUME 97, ISSUE 12

 

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Uma nova maneira de produzir MSA a partir do metano envolve um ciclo catalítico (azul) iniciado por uma reação envolvendo um íon de peroxônio (vermelho).

Pesquisadores de uma empresa química alemã desenvolveram um método para converter metano em ácido metanosulfônico (MSA) com um rendimento e seletividade de quase 100% (Science2019, DOI: 10.1126/science.aav0177). O procedimento, que envolve apenas dois reagentes–metano e oleum (uma solução de trióxido de enxofre em ácido sulfúrico)–pode fornecer uma via de baixo custo para a MSA, um ácido forte biodegradável fabricado no nível multimétrico para uso nas indústrias farmacêutica e de galvanoplastia.

Vastas reservas de metano, o principal componente do gás natural, permanecem inexploradas em locais remotos. Durante anos, os pesquisadores trabalharam para desenvolver métodos eficientes em termos de energia e custo para converter o gás em líquidos facilmente transportados. Vários processos comerciais para transformar o metano em metanol, hidrocarbonetos e outros líquidos já existem. Mas a maioria desses métodos exige catalisadores de metais caros e começa convertendo metano em gás de síntese, uma mistura de CO e hidrogênio, que requer altas temperaturas (>600°C) e tende a ser econômica somente em escalas muito grandes. A BASF, a maior fabricante de MSA, produz o ácido reagindo metanol, hidrogênio e enxofre por meio de um processo de várias etapas.

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Credit: Crédito: Wolfram Scheible
Christian Díaz-Urrutia (esquerda) e Timo Ott examinam amostras de plantas-piloto de MSA.

Buscando uma maneira econômica de converter diretamente o metano em MSA, os químicos Christian Díaz-Urrutia e Timo Ott, da Grillo-Werke, começaram a estudar se a química do trióxido de enxofre-metano poderia ajudar. Criaram uma via de baixa temperatura (50 °C) sem metal. Agora, os pesquisadores relatam que construíram uma planta piloto e produziram quantidades métricas de MSA com 99,9% de pureza. Também deduziram o mecanismo de reação, que é fundamental para melhorar ainda mais o processo.

A equipe explica que um composto de sulfonilo protonado, um íon peroxônio, inicia a reação por meio da captação de hidreto a partir do metano, gerando um íon CH3+ (mostrado). CH3+ reage com SO3 para produzir CH3SO2O+. Esse cátion também reage com metano por via da abstração de hidreto, produzindo MSA e regenerando um íon CH3+ reativo.

Esta reação direta em uma única etapa pode fornecer vantagens de custo para fazer MSA, observa Ferdi Schüth, do Instituto Max Planck de Kohlenforschung, especialista em química de ativação de metano. Ele observa, no entanto, que os dados sobre a economia do processo não estão disponíveis ao público e que o uso de oleum requer equipamento de construção caro por causa da acidez da mistura. Mesmo assim, diz Schüth, essa maneira de ativar o metano também pode ser útil para produzir outros produtos químicos.

Jens Beckmann concorda. O químico inorgânico da Universidade de Bremen diz que o estudo não apenas “abre uma via seletiva, verde e escalável para o MSA”, mas também ajuda os químicos a entender os fundamentos da ativação do metano e da química baseada no metano.

Essas traduções são parte da colaboração entre C&EN e a Sociedade Brasileira de Química. A versão original (em inglês) deste artigo está disponível aqui.

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