Químicos da UFSCar conseguem converter nitrogênio atmosférico em aminas orgânicas com um novo processo sustentável

Pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) sediado na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), propõem uma alternativa mais sustentável para produção industrial de aminas, uma classe de compostos orgânicos presentes em vários produtos do cotidiano, como medicamentos, cosméticos, herbicidas e pesticidas. Atualmente, a síntese de aminas depende, em grande parte, da amônia (NH3) obtida pelo tradicional processo Haber-Bosch, no qual o nitrogênio do ar reage com hidrogênio sob altas temperaturas e pressões. Assim, a amônia produzida é usada como matéria-prima para muitas etapas sequenciais que levam à obtenção de compostos nitrogenados, isto é, moléculas que contêm nitrogênio em sua estrutura, incluindo as próprias aminas, caracterizadas pela presença de um átomo de nitrogênio ligado a um ou mais grupos alquila ou arila (anel aromático).

Apesar de ser uma cadeia de produção consolidada, esse processo envolve grande consumo energético e está associado a altas emissões de dióxido de carbono (CO₂), motivando a busca por formas de síntese mais limpas em todo o mundo. Nessa direção, no estudo, a equipe de pesquisa demonstrou a produção eletroquímica de aminas diretamente a partir do gás nitrogênio (N₂) e da acetona, de forma a eliminar a necessidade da etapa de síntese da amônia. Com isso, a abordagem visa simplificar o processo, ao passo que reduz a demanda energética e abre caminho para produções mais sustentáveis, sobretudo compatíveis com o uso de eletricidade proveniente de fontes renováveis. O novo método foi desenvolvido em colaboração com pesquisadores da Universidade de Bath, no Reino Unido, e descrito em artigo publicado na ACS Electrochemistry, por uma equipe liderada pela Profa. Dra. Lucia Helena Mascaro, docente titular do Departamento de Química (DQ) da UFSCar, diretora do CDMF e membro do Centro de Excelência para Pesquisa em Química Sustentável (CERSusChem) e pelo Prof. Dr. Frank Marken, da Universidade de Bath.

Em mais detalhes, os pesquisadores desenvolveram um sistema eletroquímico no qual o nitrogênio molecular é ativado em um eletrodo revestido com dissulfeto de molibdênio (MoS₂). Esse material atua como catalisador, substância capaz de acelerar uma reação química, de modo a facilitar a formação de ligações entre átomos de carbono e nitrogênio e permitindo a conversão direta do N₂ e da acetona, presente em solução aquosa, em isopropilamina (C₃H₉N) e diisopropilamina (C₆H₁₅N) em um único processo, sendo esta última o principal produto obtido. Na pesquisa, a equipe também avaliou diferentes concentrações de acetona e condições eletroquímicas para identificar quais otimizam a reação. Os resultados mostraram que existe uma concentração ideal de acetona para maximizar a produção das aminas. Por outro lado, potenciais elétricos muito negativos favorecem a formação de gás hidrogênio (H₂), uma reação concorrente, o que reduz a eficiência da síntese das aminas.

De modo geral, os autores destacam que a nova metodologia apresenta vantagens em relação às rotas industriais convencionais. Conforme descrito no artigo, o método “pode permitir a produção de importantes matérias-primas químicas sob condições amenas”, como temperatura ambiente, pressão atmosférica e meio aquoso, bem como dispensa o uso de catalisadores tóxicos ou de alto custo. Para a equipe, essa abordagem representa uma estratégia promissora para produzir compostos nitrogenados de maior valor agregado de forma mais sustentável. Assim, além de contribuir para uma produção mais limpa de aminas, o método pode ampliar o aproveitamento do nitrogênio atmosférico na síntese de outras moléculas de interesse industrial, utilizando, ainda, eletricidade proveniente de fontes renováveis. A publicação pode ser lida na íntegra ao clicar aqui, sendo também possível ler a notícia publicada pela FAPESP em: https://agencia.fapesp.br/eletrossintese-sustentavel-permite-produzir-aminas-diretamente-do-nitrogenio-do-ar/57944.