Compostos sanduíche são compostos químicos especiais usados ​​como blocos de construção básicos na química organometálica. Até agora, sua estrutura sempre foi linear.



Recentemente, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT) e da Universidade de Marburg foram os primeiros a fazer complexos sanduíche empilhados formarem um anel de tamanho nanométrico. As propriedades físicas e outras dessas estruturas do cicloceno serão agora investigadas mais detalhadamente. Os pesquisadores relatam suas descobertas na Nature .

Os complexos sanduíche foram desenvolvidos há cerca de 70 anos e possuem uma estrutura semelhante a um sanduíche. Dois anéis orgânicos aromáticos planos (as "fatias de pão") são preenchidos com um único átomo de metal central entre eles. Assim como as fatias de pão, os dois anéis estão dispostos paralelamente. Adicionar mais camadas de “pão” e “recheio” produz sanduíches triplos ou múltiplos.

"Esses compostos estão entre os complexos mais importantes usados ​​na química organometálica moderna", diz o professor Peter Roesky, do Instituto de Química Inorgânica do KIT. Um deles é o ferroceno altamente estável, pelo qual seus "pais" Ernst Otto Fischer e Geoffrey Wilkinson receberam o Prêmio Nobel de Química em 1973. O ferroceno consiste em um íon de ferro e dois anéis orgânicos aromáticos de cinco membros. É usado em síntese, catálise, eletroquímica e química de polímeros.

Primeiros anéis de tamanho nanométrico

Já há algum tempo, pesquisadores do KIT e da Universidade de Marburg tentam organizar complexos sanduíche em um anel. “Conseguimos produzir correntes, mas não anéis”, diz Roesky, que coordenou o trabalho de três equipes nas duas universidades. "Graças à escolha da 'fatia de pão' certa ou do deck intermediário orgânico, conseguimos formar anéis de tamanho nanométrico pela primeira vez", disse o professor Manfred Kappes, que dirige a Divisão de Físico-Química de Sistemas Microscópicos da KIT, e Professor Florian Weigend, Chefe da Unidade de Química Quântica Aplicada da Universidade de Marburg.

O novo nanoring consiste em 18 blocos de construção e tem um diâmetro externo de 3,8 nanômetros. Dependendo do metal utilizado como “recheio” do sanduíche, resulta uma fotoluminescência de cor laranja. O novo composto químico foi chamado de “cicloceno” pelos pesquisadores.

A nanoring é mantida unida por si só

Os três grupos de trabalho realizaram elaborados cálculos de química quântica para descobrir por que as moléculas podiam ser organizadas em um anel e não formavam mais uma cadeia de complexos sanduíche. Estes cálculos revelaram que a força motriz para a formação do anel é a energia adquirida pelo fechamento do anel.

"Nosso desafio inicialmente era formar um anel. Outros tamanhos de anel podem ser produzidos? Essa nanoestrutura possui propriedades físicas incomuns? Isso será objeto de pesquisas adicionais. Mas está claro agora que adicionamos um novo bloco de construção à nossa caixa de ferramentas de química organometálica e isso é ótimo", diz Roesky.

Mais informações: Luca Münzfeld et al, Síntese e propriedades de compostos sanduíche cíclicos, Natureza (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06192-4
Informações do diário: Natureza

Fornecido pelo Instituto de Tecnologia de Karlsruhe