Grandes avanços científicos muitas vezes exigem paciência, e esta descoberta é um exemplo perfeito. Após quase 50 anos de pesquisa teórica e muitas tentativas fracassadas de grupos de pesquisa em todo o mundo, David Scheschkewitz, professor de química geral e inorgânica na Universidade de Saarland, e seu aluno de doutorado Ankur, em colaboração com Bernd Morgenstern do Serviço de Difração de Raios X da Universidade de Saarland, alcançaram o avanço há muito desejado. Suas descobertas foram publicadas em uma revista de prestígio ciência.
Então, o que a equipe conseguiu? Eles sintetizaram com sucesso o pentasililciclopentadienido, um composto que os químicos vêm tentando criar há décadas. Embora o nome pareça obscuro, a conquista é significativa. Os pesquisadores substituíram átomos de carbono em compostos aromáticos, uma classe de moléculas invulgarmente estáveis na química orgânica, por átomos de silício.
As moléculas aromáticas são cruciais na indústria moderna, especialmente na fabricação 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 Scheschkewitz. O silício é fundamentalmente diferente do carbono porque é mais metálico e não consegue reter os elétrons com força. Portanto, substituir o carbono nos ciclopentadienetos de pentassilício por silício poderia levar a classes inteiramente novas de compostos e catalisadores com propriedades únicas. Esta mudança abre possibilidades para materiais e processos industriais inovadores.
Por que a estabilidade do aroma é tão especial
O desafio na criação de tais moléculas reside na estabilidade incomum dos sistemas aromáticos. Ciclopentadieneto – o modelo contendo carbono do análogo de silício ciclopentadieneto de pentasilila – é um hidrocarboneto aromático composto de cinco átomos de carbono dispostos em uma estrutura de anel plana (“planar”), um formato que contribui para sua notável estabilidade. (Nota lateral histórica: Os hidrocarbonetos aromáticos receberam este nome porque se descobriu que os primeiros compostos desse tipo, descobertos na segunda metade do século XIX, tinham um aroma particularmente distinto e muitas vezes agradável.)
David Scheschkewitz explica: “Para ser classificado como um composto aromático, ele precisa ter um número específico de elétrons compartilhados uniformemente distribuídos em torno da estrutura do anel planar. Este número é representado pela regra de Hurrell – uma expressão matemática simples que leva o nome do físico alemão Erich Hurrell.” Como esses elétrons estão distribuídos uniformemente ao redor do anel, e não em 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 um anel de carbono de três membros foi substituído por um anel de silício de três membros. Além disso, os esforços para produzir sistemas aromáticos maiores à base de silício falharam repetidamente.
As coisas mudaram agora. Ankur, Bernd Morgenstern e David Scheschkewitz sintetizaram um anel de silício de cinco átomos que apresenta as características definidoras da Aromaticidade. Quase ao mesmo tempo, a equipe de Takeaki Iwamoto da Universidade Tohoku em Sendai, no Japão, produziu de forma independente o mesmo composto. Ambas as equipes concordaram em publicar seus resultados simultaneamente 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 busca, os pesquisadores deram um primeiro passo crítico para expandir as possibilidades da química baseada no silício.
