Método simples converte fluorita em fluorquímicos

Uma forma mais segura e sustentável de produzir reagentes de fluoração diretamente a partir do espatoflúor mineral poderia ajudar a indústria química a superar sua dependência do fluoreto de hidrogênio (Natureza 2024, DOI: 10.1038/s41586-024-08125-1).

“O fluoreto de hidrogênio é provavelmente um dos produtos químicos mais perigosos que você pode fabricar”, diz Véronique Gouverneur da Universidade de Oxford, que liderou a pesquisa. “A ambição é transformar a forma como os fluorquímicos são produzidos.”

Os fluoroquímicos são amplamente utilizados em produtos como produtos farmacêuticos, refrigerantes e baterias de íon-lítio, e todos os seus átomos de flúor se originam do espatoflúor, o forma mineral de fluoreto de cálcio. A indústria química trata espatoflúor com ácido sulfúrico concentrado em temperaturas acima de 300 °C para produzir fluoreto de hidrogênio (HF), que serve como matéria-prima para outros reagentes de fluoração.

Mas produzir HF consome muita energia e o produto químico é altamente tóxico e difícil de lidar—vazamentos causaram acidentes fatais e incidentes de poluição ambientalpor exemplo. “O sonho é usar espatoflúor em qualquer laboratório e preparar qualquer fluoroquímico a partir dessa rocha para que não haja dependência da complexa cadeia de fornecimento de HF”, diz Gouverneur.

No ano passado, a equipe de Gouverneur revelou um método mecanoquímico que converteu espatoflúor diretamente em um novo reagente à base de fosfato que poderia fluorar uma ampla gama de moléculas orgânicas (Ciência 2023, DOI: 10.1126/science.adi1557). Mas relativamente poucos laboratórios têm acesso ao equipamento mecanoquímico necessário, e o reagente não period adequado para produzir alguns fluorarenos comumente encontrados em produtos farmacêuticos e agroquímicos.

Agora, a equipe desenvolveu uma abordagem mais acessível que pode produzir reagentes de fluoração convencionais a partir de espatoflúor em condições muito amenas. Os pesquisadores misturam espatoflúor com ácido oxálico e um ácido de Lewis, como o ácido bórico, em água a 50 ° C, formando oxalato de cálcio, que precipita da solução e impulsiona a reação. Enquanto isso, o HF formado pela reação é imediatamente capturado pelo boro para formar ácido fluorobórico com rendimento de 96%. Enquanto o ácido de Lewis fluorófilo estiver presente, não pode ser detectado HF livre nas misturas reaccionais.

Usando dióxido de silício como ácido de Lewis produziu ácido fluorossilícico, que poderia ser convertido em outros reagentes de fluoração, como fluoreto de potássio ou tetrametilamônio terto-fluoreto de álcool amílico. A equipe usou essa gama de reagentes para fluorar vários arenos, produzindo moléculas que podem ser usadas como blocos de construção em medicamentos comuns.

“Esse trabalho de acompanhamento é muito mais prático no sentido de fazer o que todo mundo já usa, sem passar pela IC”, diz Tobias Ritterque trabalha com química de fluoração no Instituto Max Planck de Kohlenforschung e não esteve envolvido na pesquisa. “Eu acho que é fantástico.”

O método dos pesquisadores funcionou até mesmo com um espatoflúor de grau inferior chamado metspar, que contém cerca de 85-90% de fluoreto de cálcio. E Gouverneur salienta que o ácido oxálico, um sólido, não só é mais fácil de manusear do que o ácido sulfúrico concentrado, mas também oferece uma vantagem de sustentabilidade porque pode ser produzido a partir de dióxido de carbono capturado ou de biomassa, enquanto o ácido sulfúrico é um subproduto de fósseis extração de combustível.

Gouverneur reconhece que algumas aplicações, como a gravação em vidro, ainda exigirão HF, mas ela acredita que deveria ser possível usar reagentes de fluoração alternativos na maioria das reações químicas que atualmente utilizam HF. Em 2022, ela cofundou uma empresa spin-off chamada FluoRok para desenvolver e ampliar produção sustentável de fluoroquímicos a partir de espatoflúor.

“Isto tem o potencial de mudar a indústria química e penso que é muito provável que algum tipo de encarnação deste método seja utilizado no futuro”, diz Ritter.