Cientistas descobrem uma nova forma de os metais se ligarem ao oxigénio, possivelmente iniciando um "novo capítulo" na química
O neodímio liga o dioxigénio através de interações pi - uma estreia na química dos lantanídeos
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O ferro e o oxigénio ligam-se em todo o corpo. O mais famoso é o facto de o ferro se ligar ao dioxigénio, ou seja, dois oxigénios emparelhados um com o outro, na hemoglobina que transporta o oxigénio através do sangue. Mas os compostos de ferro-oxo, como são chamados, encontram-se em muitos outros locais do corpo. Por exemplo, o ferro-oxo altamente reativo é utilizado nas enzimas hepáticas que metabolizam os medicamentos.
O ambiente do ligando octacoordenado utilizado para criar interações pi entre o neodímio e o dioxigénio
Raúl Hernández Sánchez/Rice University
O químico da Universidade Rice, Raúl Hernández Sánchez, estava interessado em saber como o oxigénio poderia reagir com outros tipos de metais - os que residem na secção mais baixa da tabela periódica, conhecidos como metais do bloco f, com os lantanídeos na linha superior e os actinídeos na inferior. Se os lantanídeos se pudessem ligar ao oxigénio, teoriza, formariam um composto lantanídeo-oxo altamente reativo que poderia ser utilizado como substituto sintético do ferro-oxo, abrindo uma nova caixa de ferramentas para os químicos de pequenas moléculas interessados em estudar estas reacções biológicas.
O único problema é que os metais do bloco f, especialmente os lantanídeos, não podem interagir com pequenas moléculas como o oxigénio através de interações pi, um tipo de interação essencial para materiais biológicos como as proteínas. Numa publicação recente no Journal of the American Chemical Society, Hernández Sánchez e a sua equipa descreveram uma forma de permitir interações pi entre o dioxigénio e um metal lantanídeo chamado neodímio, possibilitando a criação de lantanídeos-oxos.
"Tínhamos uma plataforma de ligandos que desenvolvemos há alguns anos", disse Hernández Sánchez, professor assistente de química. "Pode pensar-se nela como um cesto que nos permite capturar metais e posicioná-los de forma a encorajar tipos específicos de ligações".
O cesto era apenas suficientemente grande para conter um átomo de metal do bloco f. A equipa de investigação colocou dois cestos em frente um do outro com seis átomos cuidadosamente colocados, incluindo uma molécula de dioxigénio, no meio, fazendo a ponte entre os dois átomos de neodímio. Isto cria um ambiente ligante octacoordenado, que pode ser utilizado para ajustar as posições dos metais.
"Depois de termos o lantanídeo no nosso cesto de ligandos, começámos a explorar a sua reatividade a substratos de pequenas moléculas até encontrarmos as condições certas para encontrar o dioxigénio de uma forma sem precedentes", disse Hong-Lei Xu, investigador de pós-doutoramento e primeiro autor do artigo.
As condições certas, ao contrário do que se pensava anteriormente, permitiram interações pi entre o neodímio e o dioxigénio, resultando numa molécula de lantanídeo-oxo. Os químicos podem agora começar a testar para ver se estas moléculas altamente reactivas podem ser utilizadas como substituto sintético do ferro-oxo e, em caso afirmativo, que opções oferecem que o ferro-oxo não oferece.
Embora o artigo apenas tenha analisado o neodímio, a equipa de Hernández Sánchez coloca a hipótese de uma química semelhante poder ser alargada à maioria dos lantanídeos e, provavelmente, aos actinídeos, utilizando a mesma estrutura ligante.
"A capacidade de ligar o dioxigénio aos metais do bloco f e de clivar a ligação entre os dois átomos de oxigénio permite-nos revelar oxos de lantanídeos altamente reactivos e formar produtos químicos de elevado valor acrescentado. Poderemos abrir um novo capítulo na química dos lantanídeos", afirmou Hernández Sánchez.
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