După aproape 50 de ani de încercări eșuate și speculații științifice, chimiștii de la Universitatea Saarland au realizat ceea ce mulți credeau că este imposibil: crearea unei molecule aromatice pe bază de siliciu, mult căutată. Prin înlocuirea atomilor de carbon dintr-un compus bine-cunoscut, cu o structură de inel stabilă, cu siliciu, echipa a sintetizat pentasilacicclopentadienidă – o descoperire revoluționară publicată în Science.
Pentasilacicclopentadienida este o moleculă aromatică stabilă care ar putea deschide ușa către o nouă lume a posibilităților chimice.
Progresele științifice majore necesită adesea răbdare, iar această descoperire este un exemplu elocvent. După aproape 50 de ani de teorie și repetate încercări eșuate ale grupurilor de cercetare din întreaga lume, David Scheschkewitz, profesor de chimie generală și anorganică la Universitatea Saarland, și doctorandul său Ankur – colaborând cu Bernd Morgenstern de la Centrul de Servicii de Difracție cu Raze X al Universității Saarland – au realizat o descoperire mult așteptată. Rezultatele lor au fost publicate în prestigioasa revistă Science.
Deci, ce a realizat exact echipa? Au sintetizat cu succes pentasilacicclopentadienidă, un compus pe care chimiștii au încercat să-l creeze de zeci de ani. Deși numele poate suna obscur, realizarea este semnificativă. Cercetătorii au înlocuit atomii de carbon dintr-un compus aromatic – o clasă de molecule excepțional de stabile în chimia organică – cu atomi de siliciu. Moleculele aromatice sunt esențiale în industria modernă, în special în fabricarea materialelor plastice.
„În producția de polietilenă și polipropilenă, de exemplu, compușii aromatici ajută la fabricarea catalizatorilor care controlează aceste procese chimice industriale, făcându-i mai durabili și mai eficienți”, explică David Scheschkewitz.
Siliciul diferă fundamental de carbon, deoarece este mai metalic și nu reține electronii la fel de strâns. Substituirea siliciului pentru carbon în pentasilacicclopentadienidă ar putea duce, prin urmare, la tipuri complet noi de compuși și catalizatori cu proprietăți distincte. Această schimbare deschide posibilități pentru materiale inovatoare și procese industriale.
**De ce este specială stabilitatea aromatică**
Provocarea creării acestei molecule constă în stabilitatea neobișnuită a sistemelor aromatice. Cicclopentadienida – modelul pe bază de carbon pentru analogul de siliciu pentasilacicclopentadienida – este o hidrocarbură aromatică formată din cinci atomi de carbon aranjați într-o structură de inel plată („planară”) – o formă care contribuie la stabilitatea sa remarcabilă. (Notă laterală istorică: Aromaticii au primit acest nume deoarece primii compuși de acest fel descoperiți în a doua jumătate a secolului al XIX-lea s-au dovedit a avea arome deosebit de distinctive și adesea plăcute.)
„Pentru a fi clasificat ca aromatic, un compus trebuie să aibă un anumit număr de electroni partajați care sunt distribuiți uniform în jurul structurii inelare planare, iar acest număr este exprimat prin regula lui Hückel – o expresie matematică simplă numită după fizicianul german Erich Hückel”, explică David Scheschkewitz. Deoarece acești electroni sunt răspândiți uniform în jurul inelului, mai degrabă decât legați de atomi individuali, molecula câștigă stabilitate suplimentară.
**Zeci de ani de încercări eșuate au reușit în cele din urmă**
De mulți ani, chimiștii cunoșteau doar un singur compus aromatic pe bază de siliciu. În 1981, cercetătorii au creat analogul de siliciu al ciclopropeniului – o moleculă aromatică în care un inel de carbon format din trei membri a fost înlocuit cu un inel de siliciu format din trei membri. Dincolo de asta, eforturile de a produce sisteme aromatice mai mari pe bază de siliciu au eșuat în mod repetat. Asta s-a schimbat acum. Ankur, Bernd Morgenstern și David Scheschkewitz au sintetizat un inel de siliciu cu cinci atomi care prezintă caracteristicile definitorii ale aromaticității. Aproape simultan, grupul lui Takeaki Iwamoto de la Universitatea Tohoku din Sendai, Japonia, a produs independent același compus. Cele două echipe au convenit să-și publice rezultatele alăturat în același număr din Science.
**Deschiderea ușii către materiale și catalizatori noi**
Această descoperire pune bazele pentru dezvoltarea de materiale și procese chimice noi, cu potențiale aplicații industriale. După decenii de căutare, cercetătorii au făcut primul pas crucial către extinderea posibilităților chimiei pe bază de siliciu.