Grandes avanços científicos muitas vezes exigem paciência, e esta descoberta é um excelente exemplo. Depois de quase 50 anos de teoria e repetidas tentativas fracassadas de grupos de pesquisa em todo o mundo, David Sheschkewitz, professor de química geral e inorgânica na Universidade de Saarland, e seu aluno de doutorado Ankur, trabalhando com Bernd Morgenstern do Centro de Difração de Raios X da Universidade de Saarland, alcançaram um avanço há muito esperado. Suas descobertas foram publicadas em uma revista de prestígio Ciência.
Então, o que exatamente a equipe realizou? Eles sintetizaram com sucesso o pentasilaciclopentadienido, um composto que os químicos vinham tentando criar há décadas. Embora o nome possa parecer confuso, a conquista é significativa. Os pesquisadores substituíram os átomos de carbono de um composto aromático – uma classe de moléculas excepcionalmente estáveis na química orgânica – por átomos de silício.
As moléculas aromáticas são muito importantes na indústria moderna, especialmente na produção de plásticos. “Por exemplo, na produção de polietileno e polipropileno, os compostos aromáticos ajudam a tornar os catalisadores que controlam estes processos químicos industriais mais duráveis e eficientes”, explica David Sheshkewitz. O silício é fundamentalmente diferente do carbono porque é mais metálico e não retém seus elétrons com tanta força. Portanto, substituir o carbono pelo silício no pentasilaciclopentadieneto pode levar a tipos completamente novos de compostos e catalisadores com excelentes propriedades. Esta mudança abre oportunidades para materiais e processos industriais inovadores.
Por que a estabilidade aromática é tão especial
O desafio de criar esta molécula reside na extraordinária estabilidade dos sistemas aromáticos. Ciclopentadieneto – o modelo contendo carbono do análogo de silício pentasilciclopentadieneto – é um hidrocarboneto aromático que consiste em cinco átomos de carbono dispostos em uma estrutura de anel planar (“plano”) – uma forma que contribui para sua excelente estabilidade. (Nota histórica: os aromáticos têm esse nome porque os primeiros compostos deste tipo, descobertos na segunda metade do século XIX, tinham um aroma particularmente distinto e muitas vezes agradável.)
“Para que um composto seja classificado como aromático, ele deve ter um certo número de elétrons compartilhados que estão uniformemente distribuídos em torno de uma estrutura de anel planar, e esse número é expresso pela regra de Hückel, uma expressão matemática simples que leva o nome do físico alemão Erich Hückel”, explica David Sheschkewitz. Como esses elétrons estão distribuídos uniformemente por todo o anel, em vez de ligados a átomos individuais, a molécula ganha estabilidade adicional.
Décadas de tentativas fracassadas finalmente tiveram sucesso
Durante muitos anos, os químicos conheciam apenas um composto aromático à base de silício. Em 1981, os pesquisadores criaram um análogo de silício do ciclopropeno, uma molécula aromática na qual o anel de carbono de três membros foi substituído por um anel de silício de três membros. Além disso, as tentativas de produzir sistemas aromáticos maiores baseados em silício falharam repetidamente.
Agora isso mudou. Ankur, Bernd Morgenstern e David Sheschkewitz sintetizaram um anel de silício de cinco átomos que exibe as características definidoras da Aromaticidade. Quase simultaneamente, o grupo de Takeaki Iwamoto da Universidade Tohoku em Sendai, no Japão, fez de forma independente o mesmo composto. Ambas as equipes concordaram em publicar seus resultados lado a lado na mesma edição da Science.
Abrindo a porta para novos materiais e catalisadores
Esta inovação estabelece as bases para o desenvolvimento de novos materiais e processos químicos com potenciais aplicações industriais. Após décadas de pesquisas, os pesquisadores deram um primeiro passo importante para expandir as possibilidades da química baseada no silício.
