Carbono visto em ligação com seis outros átomos pela primeira vez

Os químicos sempre estão fascinados em encontrar exceções a regras clássicas como a tetravalência do carbono. Uma molécula de carbono em forma de pirâmide que contradiz uma das lições básicas de química que aprendemos na escola...

199015 4

Os químicos sempre estão fascinados em encontrar exceções a regras clássicas como a tetravalência do carbono. Uma molécula de carbono em forma de pirâmide que contradiz uma das lições básicas de química que aprendemos na escola foi estudada pela primeira vez. Ela contém um átomo de carbono que se liga a seis outros átomos em vez dos quatro que nos foi dito para os quais o carbono está limitado.

O cátion hexametilbenzeno, C6(CH3)62+, preparado pela primeira vez em 1973, era forte candidato a possuir um átomo de carbono hexacoordenado, com o anel não planar como no caso do benzeno. Pela primeira vez cientistas verificaram uma estrutura cristalina indiscutível contendo o dicátion (carga +2) do hexametilbenzeno, confirmando que essa espécie possui uma estrutura não-clássica, com um átomo de carbono fazendo seis ligações.

“Átomos formam moléculas compartilhando elétrons. O carbono tem quatro elétrons que pode compartilhar com outros átomos. Mas em certas condições, o carbono pode ser esticado além desse limite”, diz Moritz Malischewski, um químico da Universidade Livre de Berlim que sintetizou e estudou a molécula, a hexametilbenzeno.

Hexamethylbenzene

Tipicamente, este composto se assemelha a um timão, consistindo de seis átomos de carbono dispostos em um anel hexagonal, com braços de átomo de carbono extra projetando-se da borda externa do anel. Em um experimento em 1973, químicos alemães retiraram dois dos elétrons do composto, e esse experimento sugeriu, então, que a versão carregada positivamente entrou em colapso sobre si mesma e deu forma a uma pirâmide. “Nesta disposição, há seis elétrons disponíveis para conectar o topo da pirâmide para os cinco carbonos no resto do anel e o braço extra”, Malischewski diz. Mas ninguém havia verificou a forma da molécula, até agora.

O pentagrama piramidal do dicátion hexametilbenzeno tem um arranjo incomum, instável, que existe somente em baixas temperaturas dentro de líquidos extremamente ácidos. Assim, Malischewski passou seis meses mexendo com um ácido potente para produzir o composto e obter alguns miligramas de cristais que poderiam então ser vistos usando raios-X. Foi aí que padrão de difração de raios X mostrou a inconfundível forma piramidal de cinco lados (Angewandte Chemie, doi.org/f3s9kw).

“Cálculos quânticos e outros experimentos sugeriram que um átomo de carbono de seis ligações era possível, mas a estrutura cristalina serve como prova fotográfica”, diz Dean Tantillo, da Universidade da Califórnia, em Davis. “Ele lança luz sobre a natureza da ligação e os limites da nossa compreensão das estruturas químicas orgânicas”, diz ele.

“É tudo sobre o desafio e a possibilidade de surpreender os químicos sobre o que pode ser possível.”

Em condições normais de temperatura e umidade, a molécula quebraria imediatamente, assim é improvável ter todas as aplicações práticas, tais como produzir tipos novos de nanotubos de carbono. Mas Malischewski diz que ficou intrigado com a questão de saber se a molécula poderia existir. “É tudo sobre o desafio e a possibilidade de surpreender os químicos sobre o que pode ser possível”, diz ele.

A confirmação do carbono hexavalente foi publicada em artigo na revista Chemical and Engineering News, da American Chemical Society.

Na figura acima, pertencente ao artigo, o átomo de carbono no topo do anel é o hexavalente. Será que as provas de Química Orgânica vão mudar?

Referências:

  1. American Chemical Society, Six bonds to carbon: Confirmed (volume 94, n. 49, p. 13, 19 de dezembro de 2016). <http://cen.acs.org/articles/94/i49/Six-bonds-carbon-Confirmed.html?type=paidArticleContent>
  2. Site da New Scientist. “Carbon seen bonding with six other atoms for the first time”, de Rebecca Boyle. Acesso em 11 de janeiro de 2017; matéria publicada também na versão impressa da revista New Scientist (issue 3108, 14 january de 2017).
  3. PaperCrystal Structure Determination of the Pentagonal-Pyramidal Hexamethylbenzene Dication C6(CH3)62+”, DOI: 10.1002/anie.201608795.
  4. Site da ScienceNews. “Carbon can exceed four-bond limit” <https://www.sciencenews.org/article/carbon-can-exceed-four-bond-limit>. Acesso em 11 de janeiro de 2017.

Publicação arquivada em