As reações redox formam a base de muitos processos fundamentais da vida. Sem eles, nem a respiração celular nem a fotossíntese poderiam ocorrer. As reações redox também desempenham um papel essential nas aplicações nos domínios da química, bioquímica e uso da luz para a geração de energia. Compreender os princípios fundamentais dessas reações é, portanto, importante para impulsionar novas tecnologias. Usando um método inovador baseado em altas pressões, uma equipe liderada pelo professor químico da LMU Ivana Ivanović-Burmazović, membro do cluster de excelência “e-conversion”, e o professor Dirk Guldi de Fau Erlangen-Nürnberg conseguiu a primeira vez para diferenciar dois mecanismos de reação relacionados.
Equilíbrio entre elétrons e prótons
Nas reações redox, os elétrons são transferidos entre moléculas. Como os elétrons têm uma carga negativa, isso pode fazer com que a carga dos reagentes mude, o que é energeticamente exigente. A natureza encontrou uma solução elegante para evitar isso: muitas vezes, a transferência de elétrons é acoplada à transferência de prótons carregados positivamente. Esta transferência de elétrons acoplada a prótons (PCET), como é conhecida, não produz nenhuma alteração no comando-a maneira mais eficiente para que uma reação redox ocorra.
Existem dois mecanismos possíveis aqui: elétrons e prótons são transferidos simultaneamente (“concertados”) ou a transferência ocorre de maneira gradual – ou seja, com elétrons e prótons transferidos separadamente. “Para ser capaz de otimizar esses processos, precisamos conhecer os mecanismos exatos”, diz Ivanović-Burmazović. “Antes, no entanto, no entanto, não havia método direto para diferenciar as duas alternativas com certeza. Nosso trabalho se propôs a remediar isso”.
A pressão produz a resposta
Para seu estudo, os pesquisadores investigaram a influência da pressão sobre a reação induzida pela luz muito rápida (dentro de nanossegundos) de uma molécula fotossensível em solução. Já se sabia que essa molécula transfere prótons e elétrons para as moléculas aceitadoras correspondentes, mas o curso exato desses processos – o mecanismo – period desconhecido. “Nossos resultados mostram que a medição do efeito da pressão na taxa de reação permite que as inferências diretas sejam desenhadas sobre os mecanismos”, explica Ivanović-Burmazović.
Se a alta pressão – no experimento, até 1.200 atmosferas – for aplicada e a taxa de reação permanecer inalterada, é uma reação concertada. “Quando elétrons e prótons são transferidos simultaneamente, a carga de reagir espécies não muda e a esfera de solvatação associada-ou seja, o agrupamento de moléculas de solvente ao redor das moléculas. Portanto, a pressão não influencia a taxa de reação-um sinal claro de um mecanismo concerto”, explica Ivanovi-BurmazoviViVi. Se a taxa mudar, no entanto, isso aponta para alterações na cobrança e a uma alteração no quantity da esfera de solvatação – indicando um processo gradual.
Para sua surpresa, os pesquisadores conseguiram não apenas determinar o tipo de mecanismo, mas também influenciar o processo: “Ao aumentar a pressão, conseguimos orientar a reação de um mecanismo gradual em direção a um mecanismo concertado”, diz Ivanović-Burmazović.
As novas descobertas são altamente significativas para inúmeras áreas de pesquisa que lidam com o movimento de elétrons e prótons, enfatizam os autores. Eles não apenas oferecem novas idéias sobre processos químicos fundamentais, mas também podem ajudar a promover novas tecnologias preocupadas com a conversão e armazenamento de energia química – como a catálise redox para a geração de combustíveis solares ou para a produção de hidrogênio.
