O ferro e o oxigênio interagem em muitos processos importantes em todo o corpo humano. O exemplo mais conhecido é a hemoglobina, onde o ferro se liga ao dioxigênio, ou seja, dois átomos de oxigênio unidos, para que o oxigênio possa ser transportado pela corrente sanguínea.
O ferro também forma compostos altamente reativos conhecidos como oxos de ferro. Esses compostos estão envolvidos em outras funções 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, Raúl Hernández Sánchez, queria saber se o oxigênio poderia formar compostos semelhantes com um grupo diferente de metais encontrados perto da 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 produzir 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 relacionadas à biologia.
Um grande obstáculo estava no caminho. Não se acreditava que os metais do bloco F, particularmente os lantanídeos, interagissem com moléculas pequenas, como o oxigênio, por meio de interações pi. Essas interações são importantes em muitos materiais biológicos, incluindo proteínas.
Num estudo publicado no Jornal da Sociedade Química AmericanaHernández Sánchez e seus colegas relataram um método que permitiu ao dioxigênio formar interações pi com o neodímio, um metal lantanídeo. O processo possibilitou a criação de compostos oxo lantanídeos.
Uma cesta molecular para neodímio
“Tínhamos uma plataforma de ligantes que desenvolvemos há alguns anos”, disse Hernández Sánchez, professor assistente de química. “Você pode pensar nisso como uma cesta que nos permite capturar metais e posicioná-los de forma a encorajar tipos específicos de ligações.”
Cada cesta molecular era grande o suficiente para conter um único átomo de metal do bloco f. Os pesquisadores colocaram duas dessas cestas frente a frente. Entre eles, eles organizaram seis átomos, incluindo uma molécula de dioxigênio, que conectou os 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 o lantanídeo em nossa cesta de ligantes, começamos a explorar sua reatividade a substratos 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 anteriormente eram consideradas improváveis. A reação produziu uma molécula oxo de lantanídeo.
Os pesquisadores podem agora investigar se esses compostos altamente reativos poderiam substituir oxos de ferro na química sintética. Eles também podem testar se os oxos de lantanídeos oferecem capacidades que os compostos à base de ferro não oferecem.
Embora o estudo tenha se concentrado apenas no neodímio, Hernández Sánchez e sua equipe acreditam que a mesma estrutura de ligante poderia suportar reações semelhantes com a maioria dos lantanídeos e provavelmente também com os actinídeos.
“A capacidade de ligar o dioxigênio aos metais do bloco F e de quebrar a ligação entre os dois átomos de oxigênio nos permite revelar oxos de lantanídeos altamente reativos e formar produtos químicos de alto valor agregado. Poderíamos abrir um novo capítulo na química dos lantanídeos”, disse Hernández Sánchez.
A pesquisa foi apoiada com financiamento inicial da Rice University, da Robert A. Welch Foundation e de uma bolsa da Welch Foundation (C-2142-20230405).
