O ferro e o oxigênio interagem em muitos processos importantes do corpo humano. O exemplo mais conhecido é a hemoglobina, onde o ferro se liga ao dioxigênio, o que significa que dois átomos de oxigênio são unidos, para que o oxigênio possa ser transportado pelo sangue.
O ferro forma compostos altamente reativos conhecidos como oxos de ferro. Esses compostos estão envolvidos em outras atividades biológicas, incluindo reações realizadas por enzimas hepáticas que ajudam a decompor os medicamentos.
Explorando a química do oxigênio além do ferro
O químico da Rice University, Raul Hernandez Sanchez, queria saber se o oxigênio poderia formar compostos semelhantes com um grupo diferente de metais encontrados na parte inferior da tabela periódica. Estes são conhecidos como metais do bloco F. Os lantanídeos ocupam a linha superior, enquanto os actinídeos aparecem abaixo deles.
Hernández Sánchez propôs que se os lantanídeos pudessem ligar o oxigênio da maneira correta, eles poderiam formar compostos oxo de lantanídeos altamente reativos. Essas moléculas poderiam servir potencialmente como alternativas sintéticas aos oxos de ferro e dar aos químicos de pequenas moléculas novas ferramentas para estudar reações biologicamente relevantes.
Um grande obstáculo estava no caminho. Não se acreditava que os metais do bloco F, especialmente os lantanídeos, interagissem com moléculas pequenas, como o oxigênio, por meio de interações pi. Estas interações são importantes em muitas substâncias biológicas, incluindo proteínas.
Em um estudo publicado Jornal da Sociedade Química AmericanaHernández Sánchez e seus colegas relatam um método que permite que o dioxigênio forme interações pi com o neodímio, um metal lantanídeo. O processo possibilitou a produção de compostos oxo de lantanídeos.
Uma cesta molecular para neodímio
“Tínhamos uma plataforma de ligantes que desenvolvemos há alguns anos”, disse Hernandez Sanchez, professor assistente de química. “Você pode pensar nisso como uma cesta que nos permite capturar metais e posicioná-los de uma forma que incentive certos tipos de ligação”.
Cada cesta molecular era grande o suficiente para conter um único átomo metálico do bloco F. Os pesquisadores colocaram essas duas cestas uma contra a outra. Entre eles, eles organizaram seis átomos, incluindo uma molécula de dioxigênio, que conectou dois átomos de neodímio.
Esse arranjo criou um ambiente de ligante octacoordenado, dando aos cientistas uma maneira de ajustar as posições dos metais.
“Assim que tivemos um lantanídeo em nossa cesta de ligantes, começamos a explorar suas reações em níveis de pequenas moléculas até encontrarmos as condições certas para encontrar o dioxigênio de uma forma sem precedentes”, disse Hong-Lei Xu, pesquisador de pós-doutorado e primeiro autor do artigo.
Desbloqueando um novo tipo de ligação de oxigênio
Sob as condições certas, o neodímio e o dioxigênio formaram interações pi que antes eram consideradas improváveis. A reação produziu uma molécula oxo de lantanídeo.
Os pesquisadores podem agora investigar se esses compostos altamente reativos podem substituir os óxidos de ferro na química sintética. Eles também podem testar se os oxos de lantanídeos fornecem habilidades que os compostos à base de ferro não oferecem.
Embora a pesquisa tenha se concentrado apenas no neodímio, Hernández Sanchez e sua equipe acreditam que a mesma estrutura de ligante poderia suportar reações semelhantes com a maioria dos lantanídeos e possivelmente dos actinídeos.
“A capacidade de ligar o dioxigênio aos metais do bloco F e quebrar a ligação entre dois átomos de oxigênio nos permite descobrir potencialmente oxos de lantanídeos altamente reativos e formar produtos químicos de alto valor agregado. Podemos abrir um novo capítulo na química dos lantanídeos”, disse Hernández Sánchez.
A pesquisa feita pela Rice University, Robert A., foi apoiada por fundos iniciais da Welch Foundation e uma bolsa da Welch Foundation (C-2142-20230405).
