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Jun 29, 2023

Produção de Catalisador

Relatórios Científicos volume 5, Artigo número: 13930 (2015) Citar este artigo 2331 Acessos 40 Citações Detalhes das métricas Uma abordagem experimental para a produção de compostos hiperpolarizados sem catalisador

Scientific Reports volume 5, Artigo número: 13930 (2015) Citar este artigo

2331 Acessos

40 citações

Detalhes das métricas

Foi demonstrada uma abordagem experimental para a produção de solução de etanol hiperpolarizado sem catalisador em água através da hidrogenação heterogênea de acetato de vinila com parahidrogênio e a subsequente hidrólise de acetato de etila. Para uma hidrogenação eficiente, o acetato de vinila líquido foi transferido para a fase gasosa por borbulhamento de para-hidrogênio e quase completamente convertido em acetato de etila com catalisador Rh/TiO2. A dissolução subsequente do gás acetato de etila em água contendo íons OH- levou à formação de etanol hiperpolarizado e acetato de sódio isentos de catalisador e solvente orgânico. Estes resultados representam a primeira demonstração da produção de etanol hiperpolarizado isento de catalisadores e solventes orgânicos, obtida pela hidrogenação heterogênea do vapor de acetato de vinila com para-hidrogênio e a subsequente hidrólise do acetato de etila.

A Ressonância Magnética (RM) é uma técnica amplamente utilizada para visualização de diversos objetos, desde o diagnóstico médico de rotina de pacientes até meios porosos1 e reatores catalíticos2,3. No entanto, as capacidades da ressonância magnética são em grande parte limitadas pela sua sensibilidade inerentemente baixa. Portanto, uma série de técnicas de hiperpolarização4,5, como Polarização Nuclear Dinâmica (DNP)6,7, Bombeamento Óptico de Troca de Spin (SEOP)8 e Polarização Induzida por Parahidrogênio (PHIP)9,10 são frequentemente utilizadas para superar esse problema. O DNP é a técnica de hiperpolarização usada com mais frequência, mas apresenta desvantagens significativas de longos ciclos de polarização (~ 20-100 min) e equipamentos bastante caros . Em contraste, a técnica PHIP permite produzir substâncias hiperpolarizadas (HP) em menos de 1 min e é relativamente barata11. O PHIP explora a alta ordem de spin da molécula de parahidrogênio (p-H2), que geralmente é transferida para um substrato de interesse por meio da adição aos pares de dois átomos de H da mesma molécula de p-H2 a uma ligação dupla ou tripla da molécula do substrato. Este requisito de modificação química de um substrato limita significativamente a gama de compostos que podem ser hiperpolarizados pelo PHIP5. Este problema pode ser parcialmente resolvido pela versão recentemente desenvolvida da técnica PHIP conhecida como Amplificação de Sinal por Troca Reversível (SABRE)12. O SABRE é baseado nas interações do p-H2 com um ligante adequado após sua ligação reversível a um complexo metálico . No SABRE, a estrutura química do substrato permanece inalterada; entretanto, o catalisador pode ser alterado de forma irreversível14,15. É importante ressaltar que apenas uma gama limitada de compostos, principalmente heterociclos16 contendo nitrogênio (por exemplo, piridina) e PPh317, foram hiperpolarizados pelo SABRE até o momento. O segundo problema é que tanto a adição de hidrogênio aos pares no PHIP quanto os processos de troca reversível no SABRE são geralmente executados com o uso de catalisadores homogêneos, como complexos de metais de transição, que não podem ser facilmente removidos de uma mistura de reação . No entanto, este problema pode ser resolvido usando catalisadores heterogêneos19, como nanopartículas metálicas suportadas20,21,22, complexos metálicos imobilizados23 ou metais a granel e óxidos metálicos24 que são capazes de produzir efeitos PHIP.

Os dois problemas mencionados acima, nomeadamente a natureza das moléculas de substrato e a dificuldade de separar as moléculas hiperpolarizadas da mistura reaccional, tornam a preparação de agentes de contraste HP para aplicações de ressonância magnética biomédica utilizando a técnica PHIP uma tarefa fortemente desafiante porque estes agentes de contraste devem ser biocompatíveis e absolutamente livre de catalisadores tóxicos e solventes orgânicos. Há relatos sobre a produção de biomoléculas hiperpolarizadas por PHIP, como succinato25, fosfolactato26,27, derivados de glicose28, peptídeos29 e aminoácidos, peptídeos30 e fármacos hiperpolarizados por SABRE31. É importante ressaltar que todos esses resultados foram obtidos com o uso de catalisadores homogêneos que estavam presentes na mistura reacional junto com moléculas de HP, tornando questionáveis ​​potenciais aplicações biomédicas.