.
Um novo estudo liderado pela Austrália descobriu que os átomos de ouro podem ser a chave para desbloquear reações orgânicas.
As moléculas orgânicas são os blocos de construção dos materiais que usamos todos os dias – desde nossas roupas e xícaras de café até as telas de nossos telefones. Controlar as reações dessas moléculas orgânicas é a chave para projetar materiais com propriedades funcionais.
As reações que visam as ligações carbono-hidrogênio (CH) têm sido de interesse científico, uma vez que quase todas as moléculas orgânicas contêm essas ligações. Liderado por FLEET na Monash University, um novo estudo (publicado esta semana no Jornal da Sociedade Química Americana) descobre que átomos de ouro individuais podem fornecer uma rota de baixa energia para reações que podem atingir ligações CH específicas.
O ‘Santo Graal’ das reações químicas
“Um dos objetivos do FLEET é o desenvolvimento de materiais cujas propriedades eletrônicas possam ser exploradas em tecnologias de baixa energia”, diz o autor correspondente A/Prof Agustin Schiffrin.
Moléculas orgânicas podem servir como blocos de construção úteis para a construção sintonizável desses materiais, desde que as reações entre as moléculas possam ser controladas em escala atômica.
As ligações carbono-hidrogênio estão entre as ligações mais comuns em moléculas orgânicas. Por causa disso, a capacidade de direcionar ligações CH específicas em reações químicas foi descrita por alguns pesquisadores como o “Santo Graal”. Infelizmente, dois grandes desafios se interpõem no caminho das reações de ativação do CH:
- Dificuldade em direcionar apenas uma ligação específica para reação (seletividade pobre).
- Muita energia é necessária para quebrar essas ligações (alta energia de ativação).
Tudo Que Brilha…?
Os pesquisadores da Monash descobriram que átomos de ouro simples pode fornecer uma rota para a ativação de CH.
Os pesquisadores combinaram um pequeno número de átomos de ouro individuais com moléculas orgânicas de 9,10-dicianoantraceno (DCA) em uma superfície atomicamente plana de prata, Ag(111).
“Usamos técnicas experimentais em escala atômica – microscopia de tunelamento e microscopia de força atômica – para obter imagens e caracterizar as amostras”, explica o principal autor Benjamin Lowe, que é aluno de doutorado do FLEET na Monash. “Essas técnicas revelaram ligações covalentes incomuns entre os átomos de carbono das moléculas de DCA e os átomos de ouro”.
A formação de tais ligações covalentes sugere que ligações CH específicas devem ter sido quebradas primeiro. Trabalhando com colaboradores teóricos da Academia Tcheca de Ciências, os pesquisadores descobriram um caminho de reação que sugeria que um estado intermediário metal-orgânico formado por átomos de ouro simples com pares de moléculas de DCA poderia ajudar essa reação a prosseguir.
Significativamente, a via de reação descoberta só pode explicar a quebra CH de uma ligação CH específica. Os pesquisadores descobriram uma diminuição dramática da energia necessária para quebrar essa ligação CH específica (barreira de ativação), permitindo a reação em temperatura ambiente.
“Este estudo aborda diretamente os dois maiores desafios – ou seja, baixa seletividade e alta barreira de ativação – que limitam a dissociação específica de ligações CH em moléculas orgânicas”, explica o investigador chefe da FLEET, Agustin Schiffrin. “Nossa abordagem pode potencialmente abrir a porta para a síntese de novos nanomateriais orgânicos e metal-orgânicos, com propriedades úteis para eletrônica, optoeletrônica, detecção, catálise, etc.”
Qual é o próximo?
Dado o amplo interesse em reações de moléculas orgânicas em uma variedade de campos, essa reação promissora tem muitas aplicações potenciais, como fabricação de polímeros e modificação de produtos farmacêuticos.
No FLEET, os pesquisadores esperam explorar essa reação seletiva e eficiente para produzir materiais atomicamente finos com propriedades eletrônicas desejáveis.
O estudo foi conduzido pela Escola de Física e Astronomia da Universidade Monash, com co-autores do Instituto de Física da Academia de Ciências da República Tcheca e da Universidade de Palacký, República Tcheca.
Além do apoio do Conselho de Pesquisa Australiano (Centro de Excelência e Programas de bolsas futuras), os autores agradecem o apoio da Academia de Ciências da República Tcheca e da Fundação de Ciência da República Tcheca (Praemium Academie) e do Ministério da Educação, Juventude e Esportes da República Checa (e-Infrastruktura CZ).
Benjamin Lowe conduziu o estudo no grupo de A/Prof Agustin Schiffrin na Monash University, que investiga as propriedades eletrônicas de materiais orgânicos e metal-orgânicos em escala atômica.
Usando técnicas de síntese de nanomateriais de última geração e microscopia de sonda de varredura na Monash University, o grupo trabalha na síntese de novos materiais que podem ser usados em dispositivos eletrônicos de energia ultrabaixa.
.
