Descoberta molécula exótica de carbono monovalente
Projeto colaborativo identifica uma nova classe de compostos orgânicos com um átomo de carbono neutro e de ligação simples
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Devido à sua variedade de compostos, o carbono é a base da vida e o elemento central da química orgânica. O número de ligações que um átomo de carbono forma num composto determina em grande parte a sua estrutura química e reatividade. Normalmente, um átomo de carbono forma quatro ligações com outros átomos e partilha os quatro electrões de valência. Se houver menos ligações, formam-se compostos invulgares, como os carbenos, que são utilizados em muitas áreas da química e da catálise devido às suas propriedades especiais. Em casos raros, existem compostos de carbono divalente, os chamados carbenos, nos quais um centro C(0) excitado eletronicamente é estabilizado por duas ligações com dadores neutros de pares de electrões. Um novo marco foi agora alcançado: os cientistas produziram um composto orgânico com um átomo de carbono de ligação simples (monovalente) no estado fundamental. Este é um passo importante na química, pois abre novas possibilidades para o desenvolvimento de compostos e reacções.
Num estudo inovador publicado na revista Angewandte Chemie, as equipas de investigação lideradas por Dimitrios A. Pantazis (MPI for Coal Research, Department of Molecular Theory and Spectroscopy), Müge Kasanmascheff e Max M. Hansmann (TU Dortmund University) relatam a descoberta de um composto em que um único átomo de carbono está ligado a um grupo de fósforo: Ph₃P→C. Este composto foi gerado pela irradiação de um precursor de diazofosforilida com luz ultravioleta (UV) a temperaturas muito baixas, o que levou à clivagem de N₂ e à formação de Ph₃P→C.
Estudos de ressonância paramagnética eletrónica (EPR) e ressonância nuclear dupla de electrões (ENDOR) mostraram que o composto tem dois electrões desemparelhados com spin paralelo - um estado de spin tripleto. Cálculos químicos quânticos avançados analisaram as relações de ligação e a distribuição da densidade de spin e mostraram que se trata de uma nova classe de diradicais centrados no carbono em que está presente uma única ligação dativa entre o fósforo e o carbono terminal. Este composto é a primeira espécie química conhecida em que um centro de carbono existe exatamente na mesma configuração eletrónica e no mesmo estado de spin que um átomo de carbono isolado no estado fundamental.
Esta descoberta fundamental alarga as fronteiras da química do carbono a uma situação extrema de ligação em que existe um átomo de carbono neutro monovalente. Ao mesmo tempo, abre novas possibilidades para reacções orgânicas com potenciais aplicações em síntese, catálise e ciência dos materiais.
Síntese do Ph3P→C monossubstituído por eliminação do azoto desencadeada pela luz (em cima) e descrição teórica da ligação (em baixo), que mostra que o carbono se encontra no seu estado fundamental tripleto atómico
Dr. Dimitrios Pantazis / MPI für Kohlenforschung
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