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 Schechkewitz, professor de química geral e inorgânica na Universidade de Saarland, e seu aluno de doutorado Ankur – em colaboração com Bernd Morgenster do Centro de Serviços de Difração de Raios-X da Universidade de Saarland – fizeram um grande avanço. Suas descobertas foram publicadas em revistas de prestígio ciência.
Então, o que exatamente a equipe conseguiu? Eles sintetizaram com sucesso o pentasilaciclopentadienido, um composto que os químicos vinham tentando produzir há décadas. Embora o nome possa parecer vago, a conquista é significativa. Os pesquisadores substituíram os átomos de carbono por átomos de silício em um composto aromático – uma classe de moléculas excepcionalmente estáveis na química orgânica.
As moléculas aromáticas são essenciais na indústria moderna, especialmente na produção de plásticos. “Na produção de polietileno e polipropileno, por exemplo, os compostos aromáticos ajudam a tornar os catalisadores que controlam estes processos químicos industriais mais duráveis e eficazes”, explica David Sheshkewitz. O silício é fundamentalmente diferente do carbono porque é mais metálico e não retém seus elétrons com tanta força. A substituição do silício por carbono nos pentasilaciclopentadienetos pode levar a tipos inteiramente novos de compostos e catalisadores com propriedades únicas. Esta mudança abre possibilidades para materiais e processos industriais inovadores.
Por que a durabilidade da fragrância é tão especial
O desafio na produção desta molécula reside na estabilidade incomum do sistema aromático. Ciclopentadieneto – o modelo contendo carbono do análogo de silício pentasilaciclopentadieneto – um hidrocarboneto aromático composto por cinco átomos de carbono dispostos em uma estrutura de anel plana (‘planar’) – uma forma que contribui para sua extraordinária estabilidade. (Nota lateral histórica: os aromáticos receberam esse nome porque os primeiros compostos descobertos na segunda metade do século XIX tinham aromas particularmente distintos e muitas vezes agradáveis.)
“Para ser classificado como aromático, um composto precisa ter um certo número de elétrons compartilhados que estão uniformemente distribuídos em torno da estrutura do anel no plano, e esse número é expresso pela lei de Hückel – uma expressão matemática simples que leva o nome do físico alemão Erich Hückel”, explica David Scheskewitz. Como esses elétrons estão espalhados uniformemente ao redor do anel, em vez de estarem ligados a átomos individuais, a molécula ganha estabilidade adicional.
Décadas de esforços fracassados finalmente tiveram sucesso
Durante muitos anos, os químicos conheciam apenas um composto aromático à base de silício. Em 1981, os pesquisadores desenvolveram um análogo de silício do ciclopropênio – uma molécula aromática na qual um anel de carbono de três membros foi substituído por um anel de silício de três membros. Além disso, as tentativas de desenvolver sistemas aromáticos maiores à base de silício falharam repetidamente.
Isso mudou agora. Ankur, Bernd Morgenster e David Scheskewitz sintetizaram um anel de silício de cinco átomos que exibe as propriedades definidoras dos aromáticos. Na mesma época, o grupo de Takaki Iwamoto na Universidade Tohoku em Sendai, no Japão, desenvolveu de forma independente o mesmo composto. Os dois grupos concordaram em publicar seus resultados lado a lado sobre a mesma questão científica.
Novos componentes e catalisadores abrem a porta
Esses avanços estabelecem as bases para o desenvolvimento de novos materiais e processos químicos com potenciais aplicações industriais. Após décadas de busca, os pesquisadores deram um primeiro passo importante para expandir as possibilidades da química baseada no silício.
