A Química Teórica a Serviço da Defesa Química: Degradação de Agentes Neurotóxicos em Superfícies de Óxido e Hidróxido de Magnésio

Resumo

O edital Pró-Defesa foi uma iniciativa conjunta da CAPES e do Ministério da Defesa para financiar pesquisas na área de defesa. Neste artigo revisamos os principais resultados científicos obtidos no projeto “Formação de Pessoal Qualificado em Química Quântica Computacional para Atuação na Área de Defesa Química”, em parceria entre os departamentos de Química da Universidade Federal de Juiz de Fora e do Instituto Militar de Engenharia, financiado pelo primeiro edital Pró-Defesa, lançado em 2005. O principal objetivo deste projeto foi estudar, com métodos teórico-computacionais, o potencial de óxidos e hidróxidos de magnésio para desativar compostos organofosforados (OP) usados como agentes de guerra, também conhecidos como neurotóxicos. Essas substâncias são inibidores da acetilcolinesterase, enzima com papel fundamental no sistema nervoso central. Os agentes VX (O-etil metilfosfonotioato de S-2-(diisopropilamino)etila) e sarin (isopropil metilfosfonofluoridato) são dois dos principais agentes neurotóxicos. A busca por formas de degradá-los é, portanto, um tema de considerável importância. Neste trabalho, apresentamos investigações teóricas de dois processos químicos de degradação de OP em óxidos: a hidrólise de um composto tipo-VX (metilfosfonotioato de O,S-dimetila, DMPT) pela quimiossorção dissociativa na superfície de MgO(001) e a degradação do composto sarin pelo hidróxido de magnésio Mg(OH)₂, conhecido como brucita. Estes processos foram estudados pela combinação da teoria do funcional da densidade (DFT) com condições periódicas de contorno, abordagem que é o estado na arte dos métodos teóricos para este tipo de problema. No caso do DMPT, propusemos um mecanismo de degradação que envolve reações das moléculas de DMPT e de água na presença de dois tipos de modelos de superfície de MgO(001): tipo terraço e dopada com Al. Conformações, diferenças de energia livre, estados de transição e barreiras de reação foram calculadas. Mostramos que a superfície de MgO(001) atua como um possível catalisador para degradar o VX, mas com uma maior seletividade dos sítios dopados com Al em comparação com os sítios sem defeito no terraço. Estes resultados podem ter importantes aplicações, bem como servir de referência a estudos posteriores da decomposição de VX. No processo de degradação do sarin em brucita, foram propostas quatro reações elementares para a reação global. Primeiramente, estudamos a adsorção de sarin na superfície da brucita através dos átomos de flúor e do oxigênio de fosfonila (P=O). Dois intermediários e dois estados de transição foram encontrados. Um estado de transição corresponde ao movimento da hidroxila da brucita em direção ao átomo de fósforo e o outro ao movimento do fluoreto para a vacância deixada pela hidroxila. A maior barreira de ativação encontrada está relacionada ao ataque da hidroxila da brucita à molécula de sarin adsorvida na superfície. Os produtos da reação global foram uma molécula de isopropil metilfosfonato e o composto [Mg(OH)_2?x]F_x. Os resultados do processo de desativação de sarin usando a superfície da brucita mostram o potencial de hidróxidos lamelares em degradar compostos OP. Os resultados desta pesquisa têm caráter duplo pois vários agrotóxicos são substâncias organofosforadas. Ademais, a abordagem teórica empregada pode ser usada para investigar variados processos químicos e obter resultados de utilidade prática bastante acurados.

DOI: 10.5935/1984-6835.20140043