O nitrato de amônio é um composto químico com poder de alimentar bilhões, mas também de devastar. É o fertilizante mais potente, econômico e conveniente do mercado. Por isso, continua a ser armazenado em grandes quantidades nos portos e em outros lugares do mundo. No entanto, a explosão catastrófica ocorrida recentemente em Beirute é um lembrete dos perigos associados ao armazenamento e manuseio incorretos de nitrato de amônio, bem como a necessidade de aplicação cuidadosa de suas regulamentações.

A menos que todos que trabalham com nitrato de amônio, fabricantes, vendedores, usuários, socorristas e reguladores, estejam mais cientes dos perigos e implementem de forma diligente as normas de segurança, acidentes futuros serão inevitáveis.

Baixe este relatório detalhado do CAS Insights para obter informações sobre as propriedades químicas do nitrato de amônio, seus perigos e normas segurança e fornecer um recurso útil para as principais partes interessadas no âmbito desse composto.

O nitrato de amônio (AN) é um composto químico amplamente utilizado e com diversas aplicações importantes. Como fertilizante, ele ajuda a alimentar bilhões. É também o principal componente em muitos tipos de explosivos de mineração, onde é misturado com óleo combustível e detonado por meio de uma carga explosiva. Com o aumento das atividades agrícolas globais, combinado com a crescente demanda por óleo combustível de nitrato de amônio (ANFO), o mercado de nitrato de amônio deve aumentar a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de pelo menos 4% nos próximos 5 anos. No entanto, a natureza potencialmente explosiva do nitrato de amônio (e o potencial para o seu uso indevido) exige que os fabricantes, vendedores e usuários desse composto atendam a avisos de segurança ou corram o risco de sofrer e provocar desastres.

Como podemos continuar a colher os benefícios deste composto versátil, mas minimizar os riscos associados ao seu uso? Neste artigo, discutiremos os principais aprendizados da catastrófica explosão de nitrato de amônio ocorrida em Beirute em 2020 para saber o que fazer para evitar que essas explosões se repitam.

Nitrato de amônio: um mercado em ascensão

O mercado de nitrato de amônio está em trajetória ascendente, com relatórios recentes estimando uma expansão de mercado de aproximadamente US$ 24 bilhões até 2026. Esse aumento no valor de mercado tem sido catalisado pelo crescimento populacional, criando uma demanda maior por alimentos e imóveis. Na verdade, o nitrato de amônio é um recurso valioso para ambas as indústrias.

O nitrato de amônio é um fertilizante popular, pois o nitrogênio é um componente-chave das duas partes do composto: NH₄ (amônia) e NO₃ (nitrato). As plantas não apenas podem acessar o nitrogênio diretamente da forma de nitrato do composto, mas a fração de amônio também pode ser gradualmente convertida em nitrato por micro-organismos do solo. Essas propriedades tornam o nitrato de amônio uma escolha popular para os produtores de hortaliças, que preferem uma fonte de nitrato prontamente disponível para a nutrição das plantas. Os criadores de animais usam nitrato de amônio para fertilização de pastagens e feno, preferindo esta opção a fertilizantes à base de ureia, que podem volatizar do solo antes de serem usados pelas plantas. Ele também é altamente solúvel, sendo adequado para uso em sistemas de irrigação.

Outro uso predominante do nitrato de amônio é como componente de misturas explosivas usadas na mineração, pedreiras e construção civil. Como componente do ANFO, ele responde por 80% dos explosivos usados na América do Norte. Infelizmente, como os componentes do ANFO são relativamente fáceis de obter, o potencial de uso indevido em dispositivos explosivos improvisados é enorme. Isso destaca a importância do controle adequado dessa forma de nitrato de amônio para reduzir seus perigos em potencial.

As consequências do desastre de Beirute

Em 4 de agosto de 2020, a capital do Líbano, Beirute, foi abalada por uma explosão catastrófica que matou pelo menos 218 pessoas e deixou mais de 6 mil feridos. A principal causa da explosão foram aproximadamente 2.750 toneladas de nitrato de amônio armazenadas em um depósito no Porto de Beirute. Essa grande quantidade de nitrato de amônio foi obtida de um navio abandonado apreendido em 2014. O fertilizante armazenado foi incinerada pelas faíscas de um incêndio em um armazém adjacente, criando uma explosão que causou enormes danos à propriedade e deixou cerca de 300 mil pessoas desabrigadas. Dois anos depois, a explosão continua a impactar Beirute, com colapsos posteriores de silos de grãos adjacentes em julho e agosto de 2022.

Além do custo humano da explosão, o impacto econômico foi estimado em mais de US$ 6,7 bilhões de dólares. A explosão eliminou 90% das reservas de grãos do Líbano, aumentando a já precária situação de segurança alimentar em um país que enfrenta graves desafios econômicos. O meio ambiente também foi afetado pela explosão, embora faltem dados sobre isso. Quando o nitrato de amônio explodiu, gases nocivos, incluindo óxidos de nitrogênio, amônia e monóxido de carbono, foram liberados no meio ambiente, causando poluição química e mais danos à população local. Essa poluição ambiental também afeta os ecossistemas; anfíbios e a vida aquática sofrem o impacto do envenenamento por nitrato à medida que os produtos da decomposição são transferidos para o oceano.

Especialistas analisaram a explosão de Beirute e a compararam com outros desastres semelhantes causados pelo nitrato de amônio. Assim como em várias outras explosões devastadoras, a causa raiz da explosão foi considerada um incêndio descontrolado. O armazenamento de uma quantidade tão grande de nitrato de amônio em um local amplificou o impacto da explosão, e a natureza urbana do local de armazenamento aumentou o número de ferimentos resultantes. Devido a essas análises, foram feitas recomendações, incluindo a criação de uma Agência Reguladora de Produtos Químicos para assumir o controle da segurança química no Líbano em nível nacional e a melhoria do planejamento para respostas de emergência a eventos futuros.

A natureza explosiva do nitrato de amônio

A maioria das explosões de nitrato de amônio ocorre durante o transporte ou armazenamento (Figura 1). No entanto, para entender completamente os fatores de risco para uma explosão, é importante avaliar a química e os processos de fabricação do nitrato de amônio.

O nitrato de amônio é produzido pela reação da amônia com o ácido nítrico em água, seguida de uma evaporação cuidadosa da água para produzir um elemento sólido:

NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃

Em geral, a amônia é derivada do nitrogênio atmosférico e o ácido nítrico é preparado a partir da combustão da amônia. Normalmente, esses dois produtos não seriam mantidos próximos um do outro. A fabricação ocorre em uma solução aquosa porque a reação produz uma quantidade significativa de calor. O processo de evaporação subsequente já foi a fonte de várias explosões. Outras fontes de explosões relacionadas ao processo de fabricação contém impurezas, que podem prejudicar a estabilidade do nitrato de amônio. Sem um controle de temperatura adequado, também é possível que o nitrato de amônio absorva água ou altere as formas cristalinas, levando a aglomerados que o tornam impróprio para uso.

Apesar de décadas de estudo sobre as reações do nitrato de amônio, seus mecanismos exatos de decomposição e explosão ainda não são totalmente compreendidos. Em parte, este enigma se deve à complexidade química da reação, mas também às condições ambientais variáveis e potenciais contaminantes. A seguinte reação foi considerada como a principal reação de detonação:

2NH₄NO₃ → 2N₂ + O₂ + 4H₂O

Uma das razões pelas quais o nitrato de amônio é tão explosivo é que ele contém na mesma molécula um combustível, na forma do íon amônio, e um forte agente produtor de oxigênio, o nitrato. À medida que a decomposição ocorre, calor é produzido iniciando a detonação e, porque uma fonte de oxigênio já está presente, a combustão acelera rapidamente. O resultado é a produção de óxido nitroso, oxigênio, água e grandes quantidades de calor e energia cinética. Esses produtos causam uma expansão de volume mil vezes maior que o volume inicial de nitrato de amônio, levando a danos catastróficos à área circundante.

Vários processos, aditivos e alternativas ao nitrato de amônio foram testados na tentativa de minimizar os perigos de explosões acidentais, bem como seu uso indevido em geral (Tabela 1). Apesar disso, nenhuma solução ideal foi encontrada, e mais trabalho é necessário para desenvolver uma alternativa segura e acessível. O Relatório de insights produzido pelo CAS explora as lições aprendidas com as explosões de nitrato de amônio e enfatiza que "não basta produzir fertilizantes que não explodam acidentalmente; também é importante garantir que eles não possam explodir com facilidade".

Tabela 1. Lista de fertilizantes nitrogenados alternativos

Fertilizantes nitrogenados alternativos também têm sido considerados (Tabela 1).No entanto, a alternativa com maior teor de nitrogênio é um gás à temperatura ambiente cuja toxicidade impede seu uso. A mistura de fertilizantes com alto teor de nitrogênio com outros macronutrientes pode produzir um fertilizante eficaz, reduzindo o risco de explosão.

Manuseio cuidadoso do nitrato de amônio

Muitos regulamentos e requisitos rigorosos para o manuseio e armazenamento seguro de nitrato de amônio já existem em vários países. Nos EUA, os principais regulamentos foram emitidos em 2001 pela Occupational Health and Safety Administration (OSHA), e orientações adicionais podem ser encontradas em um documento consultivo emitido em 2015 pela OSHA em colaboração com a Environmental Protection Agency (EPA) e o Bureau of Alcohol, Tobacco, Firearms, and Explosives (ATF). Esse aviso foi emitido como parte de uma iniciativa governamental em andamento para melhorar a segurança e o gerenciamento de risco do nitrato de amônio, bem como ajudar a proteger o meio ambiente.

O Relatório de insights do CAS sobre a segurança do nitrato de amônio destaca que seu armazenamento seguro requer a consideração cuidadosa de diversas variáveis (Figura 2). Os regulamentos da OSHA estipulam que é necessária ventilação adequada nas áreas de armazenamento, o que é fundamental para evitar o acúmulo, bem como a aglomeração, de gases tóxicos e gases quentes. Outros fatores importantes de segurança contabilizados na legislação incluem o uso de materiais não combustíveis em áreas de armazenamento, mantendo temperaturas abaixo de 54 °C, limitando a quantidade de nitrato de amônio armazenado em um local e garantindo medidas adequadas de combate a incêndios.

A legislação e as diretrizes são vitais para o controle de uma substância perigosa como o nitrato de amônio sólido, mas só podem melhorar a segurança se forem seguidas. Melhorar a conscientização sobre os perigos do nitrato de amônio e a importância de seguir as diretrizes existentes ajudaria a prevenir ou, pelo menos, limitar muitos eventos catastróficos no futuro.

O nitrato de amônio é uma substância altamente útil e economicamente importante, utilizada na agricultura e em outras indústrias em todo o mundo. No entanto, os perigos de fabricá-lo e armazená-lo foram destacados por várias explosões devastadoras no último século. Para melhorar a segurança dessa situação perigosa, é fundamental que o público esteja ciente dos perigos do nitrato de amônio e que as medidas de segurança sejam seguidas enquanto alternativas adequadas são procuradas.

Se quiser saber mais, baixe o nosso Relatório de insights:“Explosões de nitrato de amônia: lições aprendidas.”

Apesar de grandes esforços e investimentos, nos sete meses desde que a Organização Mundial da Saúde declarou a covid-19 uma pandemia, os tratamentos terapêuticos eficazes para pacientes que sofrem dessa doença permaneceram incertos. Para ajudar no esforço de identificar tratamentos antivirais eficazes que possam mitigar o impacto do vírus, um grupo de cientistas e tecnólogos do CAS procurou identificar possíveis candidatos a medicamentos para o tratamento da covid-19 com modelos preditivos de aprendizado de máquina. A metodologia Quantitative Structure-Activity Relationships (QSAR) foi usada para construir e testar mais de 40 modelos de proteínas-alvo com atividade antiviral prioritários 3CLpro ou RdRp. Foram aplicados os modelos de classificação com melhor desempenho para filtrar um conjunto de mais de 150.000 substâncias químicas, incluindo medicamentos aprovados pela FDA. Este trabalho identificou com sucesso uma série de medicamentos que agora começam a mostrar eficácia clínica, incluindo Lopinavir e Telmisartan, bem como muitas outras substâncias candidatas a serem consideradas. 

Esperamos que esse esforço, que combinou curadoria de dados feita por cientistas e modelos preditivos de aprendizado de máquina para identificar com sucesso potenciais candidatos a medicamentos de pequenas moléculas para a covid-19, destaque o valor da sinergia entre pessoas e máquinas na descoberta de medicamentos, ao mesmo tempo em que contribui com os esforços para a pesquisa antiviral em andamento para a covid-19 e muito mais.

O ano passado testemunhou um número sem precedentes de candidatos a vacinas direcionadas à pandemia de covid-19. Até o final de fevereiro de 2021, várias vacinas foram aprovadas emergencialmente e outras estavam próximas da aprovação. É provável que muitas outras, ainda em ensaios clínicos, cheguem ao mercado nos próximos anos.

Este relatório analisa essas vacinas e os esforços de pesquisa relacionados, tradicional e prospectivo, para ilustrar as vantagens e desvantagens de suas tecnologias, denotar o uso de adjuvantes e sistemas de entrega na aplicação das vacinas e fornecer uma perspectiva sobre os caminhos futuros.

No aniversário de um dos maiores e mais devastadores incidentes industriais já registrados, lembramos a tragédia de Beirute – uma explosão tão imensa que foi ouvida a 200 km de distância em Chipre. O epicentro da detonação foi em um armazém portuário e o combustível foi de 2.750 toneladas de nitrato de amônio 

O nitrato de amônio é um dos fertilizantes mais utilizados, elemento importante de muitos outros compostos industriais, como explosivos de mineração, e usado como nutriente para a produção de antibióticos e leveduras. Como tantos outros produtos químicos usados em processos industriais, ele traz riscos que podem ser mitigados por meio de armazenamento seguro e procedimentos robustos de manuseio.

As investigações em Beirute ainda estão abertas, mas acredita-se que um incêndio começou em um armazém no porto e se espalhou para uma área onde o nitrato de amônio estava armazenado; um armazenamento sem segurança, perto de fogos de artifício e sem medidas de isolamento ou prevenção de incêndio, o que levou à sua explosão. Em segundos, este incidente matou mais de 200 pessoas, feriu mais de 5.000 e deixou cerca de 300.000 moradores desabrigados. Infelizmente, este evento não foi único, e explosões e incêndios causados por produtos químicos, como nitrato de amônio, são muito comuns. Em última análise, se uma substância pode liberar energia rapidamente, ela implica em um risco potencial de explosão ou incêndio. Mas, por que certos produtos químicos possuem essas características?

Ligações químicas fracas e produtos estáveis formam uma parceria explosiva

Se uma substância tiver ligações químicas fracas, principalmente se produzir produtos estáveis, é provável que represente um risco de incêndio ou explosão. Combustíveis, como a gasolina, queimam porque sua combustão produz substâncias estáveis com ligações químicas mais fortes; no caso da gasolina, esses produtos são o dióxido de carbono e a água. A gasolina requer calor ou uma fonte de ignição, como uma faísca ou chama, para queimar porque as ligações nos reagentes do combustível não são quebradas facilmente.

Por exemplo, a Figura 1 mostra um modelo conceitual para uma reação como a queima de gasolina. A linha roxa mostra como a energia livre muda durante uma reação de reagentes para produtos. Quando a gasolina queima, ela forma produtos estáveis (água e dióxido de carbono) contendo fortes ligações, liberando uma grande quantidade de energia no processo. Isso é mostrado na figura pela diferença de altura do ponto inicial à esquerda até o final da reação à direita. À medida que aumenta a diferença de energia livre entre os reagentes e os produtos, também aumenta a energia que pode ser liberada quando ocorre a reação.

Para passar dos reagentes aos produtos, no entanto, as moléculas devem ter energia suficiente para iniciar a reação. As reações geralmente começam quebrando ligações, e ligações fortes requerem quantidades substanciais de energia para serem quebradas. Assim, para que a reação de uma molécula estável comece, a reação deve receber uma grande quantidade de energia. Essa energia é chamada de energia de ativação e é mostrada pela altura da colina no meio da via de reação.

Uma vez superada a barreira, a reação ocorre. Como é grande a diferença de energia livre entre reagentes e produtos, a reação de uma molécula pode fornecer energia suficiente para ajudar outras moléculas a superar a barreira de ativação. A reação pode então acelerar e ser difícil de parar até que os reagentes sejam consumidos. Depois que começa um incêndio com gasolina, é difícil extingui-lo. Além disso, como os produtos são gasosos (dióxido de carbono e vapor), os produtos ocupam muito mais espaço do que os reagentes. A expansão do volume transfere energia ao entorno; se a reação ocorrer em um espaço fechado, pode ocorrer uma explosão. Como é necessária muita energia para que a gasolina queime, é mais fácil evitar ações que forneçam essa energia e, portanto, mais fácil prevenir incêndios.

Reveja exemplos de produtos químicos explosivos aqui e, para segurança química adicional ou recursos de substâncias, confira a Biblioteca de Segurança Química e o Commom Chemistry do CAS.

Outras substâncias oferecem riscos maiores. Muitas delas contêm ligações químicas fracas. A Figura 1 (linha verde) também mostra um modelo para uma reação como a combustão de uma molécula contendo uma ligação fraca. Como a gasolina, a diferença de energia livre (como mostrado pela diferença de altura) entre os reagentes à esquerda e os produtos à direita é grande; os produtos contêm ligações fortes e a reação libera uma grande quantidade de energia quando ocorre. A altura da barreira para esta reação, no entanto, é muito menor do que para a combustão da gasolina.

As reações geralmente começam com a quebra de uma ligação, e a presença de uma ligação fraca fornece um lugar fácil para uma reação começar. Uma vez que a ligação é quebrada, a reação pode então acontecer. Quando os produtos são muito mais baixos em energia do que os reagentes, como neste caso, a reação de uma molécula pode liberar energia para fazer com que outras moléculas reajam. E, como a barreira à reação é menor, mais moléculas podem ser induzidas a reagir a partir da reação de uma molécula da substância na Figura 1 (verde) do que da reação de uma molécula da substância na Figura 1 (roxo). A presença da ligação fraca significa que a reação, uma vez iniciada, acelera rapidamente. Se os produtos forem gases, eles também vão transferir energia ao entorno; se a reação for suficientemente rápida, pode ocorrer uma explosão ou detonação. A barreira mais baixa à reação de uma substância que contém uma ligação fraca significa que ela consome menos energia para iniciar sua reação e, portanto, as maneiras pelas quais ela pode ser manipulada são mais limitadas. Em alguns casos, a reação pode começar com um impacto, fricção ou faísca, e, portanto, o manuseio de tais substâncias requer muito mais cuidado para evitar incêndio ou explosão.

As azidas (RN₃) ilustram perfeitamente este ponto. Essas substâncias contêm três átomos de nitrogênio conectados com ligações de força desigual. Os átomos de nitrogênio podem formar ligações fortes – a ligação tripla entre os átomos de nitrogênio no gás nitrogênio molecular (N₂) é uma das ligações químicas conhecidas mais fortes; no entanto, os átomos de nitrogênio também podem formar ligações simples e duplas, que são consideravelmente mais fracas. Uma das ligações nitrogênio-nitrogênio na azida é fraca e não requer muita energia para quebrar, levando a uma rápida decomposição que produz N₂. Como a ligação nitrogênio-nitrogênio no N₂ é muito mais estável que as ligações nitrogênio-nitrogênio na azida reagente, essa decomposição libera grandes quantidades de energia.

As azidas inorgânicas e orgânicas têm sensibilidades variadas. A azida de sódio inorgânica pode ser manuseada com segurança em condições cotidianas, mas é empregada como um gerador de gás rápido em airbags de veículos, enquanto as azidas de metais pesados altamente voláteis, como a azida de chumbo, são usadas como iniciadores de explosivos. As azidas orgânicas são comumente usadas na síntese de produtos químicos mais complexos, incluindo produtos farmacêuticos e polímeros. Azidas orgânicas com baixo peso molecular ou altas proporções atômicas de nitrogênio (N) para carbono (C) podem ser explosivas e houve vários incidentes relatados de explosões de laboratório devido à formação de azidas de baixo peso molecular a partir de reações entre azidas inorgânicas e diclorometano . Um aminoácido modificado com azida usado para a preparação de proteínas modificadas também foi considerado explosivo.

Os peróxidos (ROOR) são outra classe de moléculas com características potencialmente explosivas. Os peróxidos contêm ligações fracas de oxigênio-oxigênio; quando essas ligações quebram, os peróxidos produzem intermediários radicais (radicais livres) que são úteis em reações químicas. Os radicais intermediários são particularmente úteis para iniciar a polimerização e são comumente detectados como intermediários na combustão; mesmo pequenas quantidades de radicais podem atuar como catalisadores e, em alguns casos, catalisam sua própria formação. Os peróxidos também se fragmentam para produzir oxigênio molecular (O₂); enquanto a ligação simples oxigênio-oxigênio é fraca, a ligação dupla oxigênio-oxigênio no O₂ é forte, então essa fragmentação libera energia.

A fraca ligação oxigênio-oxigênio significa que os peróxidos podem se decompor facilmente, liberando radicais livres e O₂, uma combinação volátil e explosiva, principalmente quando concentrados. Foram relatados vários incêndios significativos em instalações químicas que trabalham com peróxidos, incluindo um no Texas, EUA, quando o furacão Harvey e inundações sem precedentes causaram falhas nos mecanismos de segurança. Os peróxidos também podem se formar espontaneamente a partir da exposição de éteres ao oxigênio. Esses peróxidos formam cristais que podem explodir quando submetidos a choque físico, fricção ou reação com certos metais. Normalmente, os éteres são formulados com pequenas quantidades de inibidores como o BHT (hidroxitolueno butilado, usado como conservante) para evitar a formação de peróxidos. Os inibidores são consumidos pelo oxigênio. Caso os éteres sejam mantidos por longos períodos de tempo na presença de oxigênio, estarão suscetíveis à formação de peróxido.

O flamejante desejo de se tornar estável

Outras substâncias têm ligações que, embora apresentem alguma dificuldade de se romper por conta própria, podem reagir facilmente sob certas condições para formar produtos muito mais estáveis. À medida que são formadas novas ligações, a energia é liberada como calor, podendo causar incêndios ou explosões. Por exemplo, alquilas metálicas são usadas como catalisadores na síntese de uma ampla gama de produtos químicos e materiais, mas geralmente são pirofóricas, queimando facilmente em contato com o ar.

O trimetilalumínio, em particular, reage com o ar ou a água para produzir produtos com ligações alumínio-oxigênio altamente estáveis, acarretando incêndios e explosões.

Os acrilatos são usados para polimerização em escala industrial; cada monômero de acrilato substitui sua ligação dupla por uma ligação simples adicional à medida que é incorporado à cadeia do polímero. Essa nova ligação é mais forte que a força cumulativa da ligação dupla, de modo que a reação de polimerização libera energia. Com frequência, a polimerização de acrilatos e outros alcenos é realizada usando iniciadores radicais como peróxidos para acionar as reações de polimerização, usando a mesma reatividade que em outras circunstâncias levaria à sua explosão. Em câmaras de polimerização em larga escala, quando a razão área de superfície para volume é muito baixa para dissipar o calor formado e quando os inibidores de polimerização descontrolada são consumidos, inativados ou removidos, os acrilatos podem polimerizar de forma explosiva.

Da mesma forma, solventes como dimetilsulfóxido (DMSO) podem reagir com uma variedade de substâncias, como ácidos, bases e eletrófilos, para reduzir as temperaturas de decomposição; reações mesmo em temperaturas mais baixas e aparentemente seguras ainda podem levar a uma explosão.

Aproveitando o grande facilitador do mundo moderno

Em seu centro, a química é possibilitada por mudanças de energia e, durante séculos, os humanos aproveitaram e exploraram essa energia para viajar pelo mundo, impulsionar a indústria e produzir a própria comida de nossas mesas, as roupas que usamos e as estruturas de nossas cidades. Ansiamos por produtos químicos explosivos e voláteis por sua energia e, ainda assim, sua potência pode ter consequências inesperadas e devastadoras. Ao entender como canalizar essa energia de maneira construtiva e identificar melhor as condições em que os produtos químicos reagem de maneira inesperada e prejudicial, podemos prever incidentes explosivos antes que aconteçam e descobrir como evitá-los.

Para obter mais informações sobre nitrato de amônio, seus perigos e regras de segurança, baixe nosso relatório completo do CAS Insights e assista ao nosso webinar que reúne os principais especialistas que discutirão as opções de formulação e o cenário da inovação. 

As nanopartículas lipídicas (do inglês, lipid nanoparticles, ou LNPs) surgiram como veículos promissores para o fornecimento de uma variedade de terapêuticos na indústria farmacêutica. Drogas lipossômicas, baseadas em uma versão anterior das LNPs, já foram aprovadas e aplicadas na prática médica. As LNPs têm a capacidade de encapsular e fornecer agentes terapêuticos em locais específicos do corpo e liberar seu conteúdo em um momento específico, o que os torna plataformas desejadas para o uso avançado de medicamentos.

Neste artigo revisado por pares publicado na ACS Nano, o panorama das publicações relacionadas às LNPs na CAS Content Collection é examinado em detalhes. Também são discutidas oportunidades de crescimento para o uso de LNPs nos campos de terapia antitumoral, terapia nucleica e sistemas de distribuição de vacinas, bem como os desafios potenciais de utilização do material. Leia a publicação completa aqui.

A aplicação da IA ​​à química cresceu rapidamente nos últimos anos. Embora tenha havido muita publicidade sobre os usos da IA, não houve muita análise aprofundada sobre seu uso e desenvolvimento no campo da química.

Este artigo revisado por pares publicado no Journal of Chemical Information and Modeling estuda o crescimento e a distribuição de publicações químicas relacionadas à IA no CAS Content Collection. O volume dessa pesquisa aumentou dramaticamente desde 2015. O artigo também examina tendências de pesquisa interdisciplinar, associações da IA a certos tópicos de pesquisa em química e uma compreensão do futuro papel do aprendizado de máquina na área. Leia a publicação completa aqui.

A pandemia de covid-19 motivou pesquisadores em todo o mundo a encontrar medicamentos e terapias eficazes para o tratamento da doença. Muitos esforços se concentraram em reaproveitar medicamentos existentes, usados para outras doenças, para economizar tempo. O Gráfico de conhecimento biomédico do CAS foi desenvolvido para identificar medicamentos que podem ser reaproveitados no tratamento de covid-19.

Este artigo revisado por pares publicado no Journal of Chemical Information and Modeling examina este gráfico e seus resultados com mais detalhes. Ele mostra como várias moléculas foram analisadas de acordo com a função molecular e ensaios clínicos. Este gráfico oferece uma oportunidade de acelerar a inovação e a pesquisa não apenas para o combate à covid-19, mas também para muitas outras doenças. Leia a publicação completa aqui.

A química bio-ortogonal é um conjunto de métodos que usam a química de grupos funcionais não nativos para analisar a biologia em organismos vivos. Permite que a síntese orgânica que tradicionalmente é realizada em laboratório seja realizada em células vivas. Em vez de ser usado para preparar grandes quantidades de materiais como em um ambiente de laboratório, esse método destina-se a codificar biomoléculas de forma covalente.

Este artigo revisado por pares publicado na Bioconjugate Chemistry examina as reações mais comuns usadas em métodos bio-ortogonais, seus prós e contras e a frequência com que aparecem em outras literaturas publicadas. O estudo também analisa outros estudos bio-ortogonais no CAS Content Collection para determinar como certos materiais foram estudados por meio da química bio-ortogonal. Leia a publicação completa aqui.

Em 2022, uma das principais preocupações do mundo são as mudanças climáticas. Hoje é amplamente aceito que a principal contribuição negativa para as mudanças climáticas vem da queima de combustíveis fósseis – a queima de combustíveis fósseis, como carvão ou petróleo, leva à liberação de grandes quantidades de dióxido de carbono no ar, que retem o calor na atmosfera e causa o aquecimento global. 

Os plásticos, materiais onipresentes encontrados em produtos que vão de sacolas de supermercado, para-choques de carros a roupas, tradicionalmente são feitos de polímeros sintéticos derivados do petróleo. Os elementos constitutivos desses polímeros são obtidos diretamente do refino de petróleo bruto ou sintetizados a partir de produtos de refino. Atualmente, estima-se que os processos de fabricação de plástico consumam de 8 a 10% da oferta global de petróleo, sendo que este número deverá dobrar até 2040. 

A produção de petroquímicos e plásticos tradicionais ainda depende totalmente do petróleo, e esse recurso não renovável está se esgotando rapidamente do planeta Terra. O problema com os plásticos é, portanto, múltiplo: a produção tradicional de plástico necessariamente cessará devido à diminuição dos recursos; o método de produção prejudica nosso ecossistema e muitos produtos plásticos não são reutilizáveis, gerando quantidades extraordinárias de resíduos, o que causa ainda mais danos por não serem descartados/reciclados adequadamente.

Uma pessoa média pode reduzir sua ‘pegada ecológica’ e ajudar o meio ambiente, consumindo menos plásticos de uso único e descartáveis, reduzindo o desperdício de embalagens e reciclando com responsabilidade. Por sua vez, os fabricantes também podem melhorar sua “pegada ecológica” ao escolher uma fonte alternativa ao petróleo para desenvolver plásticos, o que os leva a escolher biopolímeros em vez de seus equivalentes sintéticos.

Embora o termo "biopolímeros" seja às vezes utilizado para descrever polímeros biodegradáveis ou biocompatíveis (independentemente da origem), neste blog usamos esse termo para nos referirmos apenas a polímeros bioderivados, ou seja, polímeroscriados a partir de biomassa.Eles são gerados a partir de fontes renováveis que também fixam o CO2 da atmosfera e diminuem as emissões de gases de efeito estufa. Muitos biopolímeros também são biodegradáveis, o que proporciona mais flexibilidade no descarte de produtos feitos com eles e possibilita a reciclagem.

Tipos de biopolímeros

Existem três classes principais de biopolímeros, diferenciados por fonte e método de produção:

• Classe A: polímeros naturais obtidos diretamente de biomassa, como amido, celulose, proteínas, aminoácidos e derivados
• Classe B: polímeros que são biossintetizados usando micro-organismos e plantas ou, preparados diretamente a partir de monômeros que são predominantemente biossintetizados, como as polihidroxialcanoatos (PHAs) e ácido polilático (PLA)
• Classe C: polímeros convencionais à base de óleo preparados a partir de monômeros alternativos de origem biológica, como polietileno e tereftalato de polietileno (PET)

Cada classe de biopolímero é adequada para diferentes aplicações comerciais, que podem ser materiais para embalagens, para agricultura ou biomateriais para cirurgias:

• Os polímeros das classes A e B são totalmente biodegradáveis e quase todos de base biológica, mas têm propriedades inferiores em comparação com os plásticos à base de petróleo, por isso são frequentemente usados ​​em combinação com cargas de reforço ou modificadores de impacto
• Os polímeros de classe C são estruturalmente semelhantes aos plásticos à base de petróleo, mas em sua maioria não são biodegradáveis e, portanto, compartilham os mesmos problemas de descarte e reciclagem

O desafio para o aumento da adoção de biopolímeros é o custo. Iniciativas com a finalidade de melhorar o rendimento e a eficiência da fermentação ou integrar a produção de biopolímeros em fábricas de alimentos ou instalações com fluxos de resíduos orgânicos estão tentando reduzir os altos custos de fabricação, mas isso ainda permanece um obstáculo importante.

Para que são usados os biopolímeros atualmente?

Os bioplásticos comerciais têm sido usados principalmente em embalagens (Tabela 1). Amido e PLA são os bioplásticos mais fabricados, provavelmente devido a seus custos mais baixos. Os PHAs, por outro lado, têm altos custos de produção e, portanto, são produzidos em quantidades muito menores.

Tabela 1. Produção e aplicações dos principais biopolímeros comerciais

É muito 'legal': PlantBottle™ da Coca-Cola

A inovação sustentável em biopolímeros vem se desenvolvendo nos bastidores há décadas, mas os avanços geralmente são apenas noticiados ou descobertos pelo público quando as principais empresas anunciam um novo produto. 

Em meados de 2015, a Coca-Cola Company lançou sua embalagem PlantBottle™ - a primeira garrafa plástica do mundo feita inteiramente de recursos renováveis. Elas se parecem, funcionam e são recicladas da mesma forma que as garrafas feitas de plástico tradicional, mas geram um impacto significativamente menor ao planeta por não usarem petróleo. Anúncios como este encorajam o desenvolvimento contínuo de biopolímeros e sua adoção em produtos convencionais no mundo todo.

Equívocos vs. fatos sobre biopolímeros

A percepção pública sobre os biopolímeros também é importante para uma implementação mais ampla desses produtos. Embora normalmente sejam reconhecidos os grandes benefícios das alternativas sustentáveis aos plásticos tradicionais, elas também têm sido alvo de críticas. Algumas dessas críticas surgiram compreensivelmente de equívocos ou confusão, mas outras vieram de maneira inesperada – a Tabela 2 contém nossas opiniões sobre alguns dos tópicos mais discutidos.

Tabela 2. Equívocos vs. fatos sobre biopolímeros.

PBAT = tereftalato de adipato de polibutileno; PBS = succinato de polibutileno; PLA = ácido polilático.

O cenário da pesquisa de biopolímeros

A pesquisa com biopolímeros tem sido tendência nos últimos anos e foi escolhida como uma das dez principais tecnologias emergentes do ano em 2019. A pesquisa e a inovação que levaram a isso estão em andamento nas últimas duas décadas, como visto no CAS Content Collection™ (Figura 1), reagindo constantemente às flutuações nos preços do petróleo e ao movimento geral para aumentar a sustentabilidade e combater as mudanças climáticas. Os volumes de publicações de revistas científicas e patentes começaram a aumentar, inicialmente de forma lenta, mas aceleraram no mesmo ritmo a partir de 2009. Por volta de 2014, o crescimento do volume de publicações de patentes diminuiu consideravelmente em contraste com o forte aumento no número de publicações em revistas científicas até 2020.

Como os biopolímeros são desenvolvidos principalmente como alternativas renováveis aos plásticos de origem fóssil, aumentos substanciais nos preços destes aumentariam a competitividade dos biopolímeros, além de reforçar o entusiasmo e a confiança dos pesquisadores e inventores. Os preços do plástico estão fortemente ligados aos preços do petróleo, que tiveram um crescimento substancial desde meados dos anos 2000 e um pico acentuado sem precedentes em 2008, o que pode explicar o ponto de inflexão, particularmente visível na curva do número de publicações de patentes por volta de 2008. Os preços do petróleo despencaram após 2014, tornando os biopolímeros relativamente mais caros novamente, o que, de maneira presumível, desencorajou os inventores e fez com que o volume de publicação de patentes se estabilizasse exatamente no mesmo ano.

Leia o Relatório do CAS Insights para saber mais sobre as vantagens, limitações e popularidade das diferentes classes de biopolímeros e como o interesse de pesquisa e desenvolvimento das alternativas aos plásticos tradicionais mudou nas últimas duas décadas.