Los grandes avances científicos a menudo requieren paciencia y este descubrimiento es un excelente ejemplo. Después de casi 50 años de teoría y repetidos intentos fallidos por parte de grupos de investigación de todo el mundo, David Schechkewitz, profesor de química general e inorgánica en la Universidad de Saarland, y su estudiante de doctorado Ankur, en colaboración con Bernd Morgenster del Centro de Servicios de Difracción de Rayos X de la Universidad de Saarland, han logrado un gran avance. Sus hallazgos han sido publicados en revistas de prestigio. ciencia.
Entonces, ¿qué logró exactamente el equipo? Sintetizaron con éxito pentasilaciclopentadienuro, un compuesto que los químicos habían estado intentando producir durante décadas. Si bien el nombre puede parecer vago, el logro es significativo. Los investigadores reemplazaron los átomos de carbono con átomos de silicio en un compuesto aromático, una clase de moléculas excepcionalmente estables en química orgánica.
Las moléculas aromáticas son esenciales en la industria moderna, especialmente en la producción de plásticos. “En la producción de polietileno y polipropileno, por ejemplo, los compuestos aromáticos ayudan a que los catalizadores que controlan estos procesos químicos industriales sean más duraderos y eficaces”, explica David Sheshkewitz. El silicio se diferencia fundamentalmente del carbono porque es más metálico y no retiene sus electrones con tanta fuerza. La sustitución de carbono por silicio en pentasilaciclopentadienuros puede dar lugar a tipos completamente nuevos de compuestos y catalizadores con propiedades únicas. Este cambio abre posibilidades para materiales y procesos industriales innovadores.
Por qué la durabilidad de la fragancia es tan especial
El desafío a la hora de fabricar esta molécula radica en la inusual estabilidad del sistema aromático. Ciclopentadienuro: el modelo que contiene carbono del análogo de silicio pentasilaciclopentadienuro, un hidrocarburo aromático compuesto por cinco átomos de carbono dispuestos en una estructura de anillo plana (‘planar’), una forma que contribuye a su extraordinaria estabilidad. (Nota al margen histórica: los aromáticos recibieron ese nombre porque los primeros compuestos descubiertos en la segunda mitad del siglo XIX tenían aromas particularmente distintivos y a menudo agradables).
“Para ser clasificado como aromático, un compuesto necesita tener un cierto número de electrones compartidos que estén distribuidos uniformemente alrededor de la estructura del anillo en el plano, y este número se expresa mediante la ley de Hückel, una expresión matemática simple que lleva el nombre del físico alemán Erich Hückel”, explica David Scheskewitz. Dado que estos electrones están distribuidos uniformemente alrededor del anillo en lugar de estar unidos a átomos individuales, la molécula gana estabilidad adicional.
Décadas de esfuerzos fallidos finalmente tienen éxito
Durante muchos años, los químicos sólo conocían un compuesto aromático a base de silicio. En 1981, los investigadores desarrollaron un análogo de silicio del ciclopropenio, una molécula aromática en la que un anillo de carbono de tres miembros fue reemplazado por un anillo de silicio de tres miembros. Más allá de esto, los intentos de desarrollar sistemas aromáticos más grandes basados en silicio han fracasado repetidamente.
Eso ha cambiado ahora. Ankur, Bernd Morgenster y David Scheskewitz sintetizaron un anillo de silicio de cinco átomos que exhibe las propiedades definitorias de los aromáticos. Casi al mismo tiempo, el grupo de Takaki Iwamoto de la Universidad de Tohoku en Sendai, Japón, desarrolló de forma independiente el mismo compuesto. Los dos grupos acordaron publicar sus resultados uno al lado del otro sobre el mismo tema científico.
Nuevos componentes y catalizadores abren la puerta.
Estos avances sientan las bases para el desarrollo de nuevos materiales y procesos químicos con potenciales aplicaciones industriales. Después de décadas de búsqueda, los investigadores han dado un primer paso importante hacia la ampliación de las posibilidades de la química basada en el silicio.
