Pela primeira vez em mais de três décadas, cientistas conseguiram sintetizar e analisar um novo tipo de molécula composta exclusivamente por carbono em temperatura ambiente, um feito que não era alcançado desde a descoberta dos fulerenos esféricos, conhecidos como “buckyballs”, em 1990. A descoberta, liderada por químicos da Universidade de Oxford, abre caminho para o estudo aprofundado desses materiais e pode levar ao desenvolvimento de tecnologias eletrônicas e quânticas extremamente eficientes.
O Desafio dos Ciclocarbonos
As moléculas em questão, chamadas de ciclocarbonos, são anéis formados unicamente por átomos de carbono. Teoricamente, elas poderiam apresentar comportamentos químicos exóticos ou conduzir eletricidade de maneiras incomuns, assim como seus primos moleculares, os fulerenos e os nanotubos. No entanto, esses anéis são tão delicados e reativos que, até agora, se desfaziam — ou em alguns casos, até explodiam — antes que os pesquisadores tivessem a chance de estudá-los em condições normais. “Ciclocarbonos são moléculas intrigantes, e nós tentamos criá-las há muito tempo”, afirma Harry Anderson, da Universidade de Oxford. Historicamente, a observação dessas estruturas era limitada a ambientes extremos, como em fase gasosa ou a temperaturas criogênicas.
Uma Solução Inovadora e Elegante
A equipe de Oxford encontrou uma maneira de estabilizar um ciclocarbono em temperatura ambiente através de uma técnica inovadora. Os pesquisadores sintetizaram uma molécula inédita: um anel de 48 átomos de carbono, chamado ciclo[48]carbono, ou C48. A chave para a estabilidade foi criar uma arquitetura molecular conhecida como [4]catenano, na qual o anel de C48 é “enfiado” através de três outros anéis moleculares maiores. Esses anéis externos atuam como “escudos” ou “amortecedores”, protegendo fisicamente o delicado anel de carbono de colisões consigo mesmo ou com outras moléculas reativas. “Não há decoração desnecessária”, comentou Max von Delius, da Universidade de Ulm, na Alemanha. “Há uma beleza absoluta na simplicidade.”
A Confirmação da Estrutura
Para confirmar a síntese e a estrutura da molécula, os pesquisadores utilizaram um arsenal de técnicas analíticas, incluindo espectrometria de massa, ressonância magnética nuclear (RMN), espectroscopia UV-visível e Raman. A prova definitiva veio de um espectro de RMN de carbono-13 (13C), que mostrou um único e intenso sinal para todos os 48 átomos de carbono sp. Isso revelou que cada átomo ocupa uma posição quimicamente equivalente, fornecendo uma forte evidência da estrutura simétrica do anel de ciclocarbono. Graças a esse design, a molécula permaneceu estável em solução a 20°C com uma impressionante meia-vida de 92 horas.
Uma Conquista de Décadas
Para a equipe, o resultado é o ponto alto de anos de trabalho. O autor principal do estudo, Dr. Yueze Gao, destacou: “Alcançar ciclocarbonos estáveis em um frasco sob condições ambientes é um passo fundamental. Isso facilitará o estudo de sua reatividade e propriedades em condições normais de laboratório.” Para o professor Harry Anderson, o resultado coroa mais de uma década de esforço. “Esta conquista marca o culminar de um longo trabalho para sintetizar catenanos de ciclocarbono, com base na esperança de que pudessem ser estáveis o suficiente para estudo em temperatura ambiente”, disse ele. “A proposta original do projeto foi escrita em 2016, com base em resultados preliminares de 2012 a 2015. É gratificante ter chegado a este ponto, porque houve muitos momentos em que o objetivo parecia irrealista e inatingível.”