Os avanços na química dos metalocenos levaram à síntese de moléculas sanduíche ‘heterobimetálicas’, difíceis de criar, mas que oferecem potencial para novas descobertas químicas e aplicações industriais. André Schäfer e Inga Bischoff em laboratório com uma amostra do seu novo dimetaloceno. Crédito: Universidade de Saarland/Thorsten Mohr
O primeiro e mais conhecido metaloceno é o ‘ferroceno’, que contém um único ferro átomo. Complexos sanduíche são agora tópicos padrão em livros didáticos de química inorgânica, e a ligação e a estrutura eletrônica dos metalocenos são abordadas em cursos de graduação em química. Essas moléculas sanduíche também são importantes na indústria, onde servem como catalisadores e são utilizadas na criação de metalopolímeros exclusivos.
Ninguém sabe exatamente quantas moléculas de sanduíche existem hoje, mas o número certamente está na casa dos milhares. E todos eles têm uma coisa em comum: um solteiro átomo de metal localizado entre dois anéis planos de átomos de carbono. Pelo menos era o que se pensava até 2004, quando um grupo de investigação da Universidade de Sevilha fez uma descoberta surpreendente.
A equipe de pesquisa espanhola conseguiu sintetizar uma molécula sanduíche que continha não um, mas dois átomos de metal. Durante muito tempo, este “dimetaloceno” contendo dois átomos de zinco permaneceu como o único exemplo deste tipo, até que um grupo no Reino Unido conseguiu, no ano passado, sintetizar uma molécula muito semelhante que continha dois átomos de berílio. Mas agora, Inga Bischoff, estudante de doutoramento da equipa de investigação do Dr. André Schäfer na Universidade de Saarland, deu um grande passo em frente. Ela conseguiu sintetizar em laboratório o primeiro complexo sanduíche ‘heterobimetálico’ do mundo – um dimetaloceno que contém dois átomos de metal diferentes.
Avanços teóricos e práticos
Pouco depois da descoberta do primeiro dimetaloceno em 2004, trabalhos teóricos indicaram que os dimetalocenos não precisam necessariamente conter dois átomos metálicos idênticos, e que um complexo com dois átomos metálicos diferentes também deveria ser estável. Essas previsões foram feitas com base em cálculos de modelagem química quântica usando computadores poderosos. Apesar desta estabilidade prevista, todas as tentativas de criar tal molécula em laboratório foram infrutíferas até à atual descoberta de Inga Bischoff.
‘É realmente emocionante e especial quando você percebe o que está segurando em suas mãos. A olho nu, parece apenas outro pó branco. Mas ainda me lembro claramente do momento em que vimos pela primeira vez a estrutura molecular determinada experimentalmente na tela do computador e soubemos que tínhamos uma molécula sanduíche com dois átomos metálicos diferentes”, disse o Dr. André Schäfer.
‘Quais anéis de carbono você escolhe são tão importantes quanto quais átomos de metal você deseja incluir entre eles. Isto é crítico porque as estruturas electrónicas dos anéis cíclicos de carbono e dos átomos metálicos têm de corresponder entre si”, explicou Inga Bischoff. ‘Os metais contidos em nosso ‘dimetaloceno heterobimetálico’ são o lítio e o alumínio. Os cálculos previram que estes dois metais seriam candidatos adequados porque a sua estrutura electrónica é, em alguns sentidos, semelhante à de dois átomos de zinco, que sabíamos que poderiam formar um dimetaloceno estável.
Mas o que parece tão simples e direto levou meses para ser alcançado. A molécula revela-se tão reativa que só pode ser sintetizada, armazenada e analisada sob uma camada inerte de nitrogênio ou argônio. Se entrasse em contato com o ar, simplesmente se decomporia. Depois de sintetizada, a molécula precisou ser caracterizada, o que envolveu toda uma equipe de cientistas da Universidade de Saarland. Os resultados do seu trabalho foram agora publicados na respeitada revista Química da Natureza.
“Nosso dimetaloceno heterobimetálico representa o que é efetivamente uma nova classe de moléculas sanduíche”, disse o líder do grupo, Dr. André Schäfer. ‘Quem sabe, talvez um dia também seja incluído em um livro de estudante. Mas antes de tudo, precisamos estudá-lo mais a fundo. No momento, temos uma boa compreensão da sua estrutura, mas ainda sabemos muito pouco sobre a sua reatividade. Se encontrarmos outras combinações adequadas de átomos metálicos, poderá ser possível no futuro sintetizar outros dimetalocenos heterobimetálicos.
A enorme importância desta classe de moléculas é sublinhada pela atribuição do Prémio Nobel em 1973 ao químico alemão Ernst Otto Fischer e ao químico britânico Geoffrey Wilkinson ‘pelo seu trabalho pioneiro, realizado de forma independente, sobre a química dos organometálicos, os chamados compostos sanduíche.
Referência: “Um dimetaloceno heterobimetálico de lítio-alumínio” por Inga-Alexandra Bischoff, Sergi Danés, Philipp Thoni, Bernd Morgenstern, Diego M. Andrada, Carsten Müller, Jessica Lambert, Elias CJ Gießelmann, Michael Zimmer e André Schäfer, 14 de maio de 2024, Química da Natureza.
DOI: 10.1038/s41557-024-01531-y
