Uma reação inesperada abre caminho para uma descoberta histórica

Uma observação curiosa feita durante experiências em laboratório levou cientistas a um achado raro.

Após anos a tentar reproduzir o comportamento observado, explicar o mecanismo por trás dele e delimitar em que condições ele ocorre, uma equipa interdisciplinar liderada pela Universidade Flinders, na Austrália, anunciou o que descreve como uma descoberta de grande impacto: um tipo até então desconhecido de reação de troca de ligações enxofre-enxofre.

Reação de metátese de trissulfeto (Universidade Flinders): por que ela é tão diferente

O aspeto mais surpreendente é que, em geral, ligações enxofre-enxofre só se reorganizam dentro de moléculas quando são “empurradas” por calor, luz ou catalisadores. Já a nova reação de metátese de trissulfeto acontece sem reagentes adicionais nem qualquer outro estímulo externo.

Em vez disso, ela surge de forma espontânea à temperatura ambiente quando moléculas que contêm cadeias de três átomos de enxofre - trissulfetos - são colocadas em determinados solventes.

“É raro descobrir uma reação inteiramente nova, e ainda mais raro que ela seja útil em tantos campos e aplicações”, afirma o químico Justin Chalker, da Universidade Flinders, autor sénior do artigo e investigador de polímeros de sulfeto há mais de uma década.

“Compreender a nova reação permitiu-nos aplicá-la em várias utilizações de alto valor - incluindo a modificação seletiva de um fármaco antitumoral e a produção de um plástico novo que pode ser moldado, usado e depois ‘desfeito’ quando a reciclagem é necessária.”

O papel das ligações enxofre-enxofre em moléculas e materiais

As ligações enxofre-enxofre são fundamentais em muitas classes de moléculas, como peptídeos, proteínas, polímeros e medicamentos. Parte do que torna esse tipo de ligação tão valioso é a capacidade de se quebrar e se recompor em resposta a muitos estímulos diferentes. Normalmente, porém, as reações exploram cadeias moleculares com dois átomos de enxofre - os dissulfetos.

Já os trissulfetos orgânicos, em que três átomos de enxofre formam uma cadeia com um fragmento diferente em cada extremidade (representados como R-S-S-S-R, em que R significa “resto da molécula”), são menos investigados, mas continuam relevantes. Eles aparecem, por exemplo, em produtos como borracha vulcanizada e em fármacos antitumorais.

Por que era tão difícil rearranjar trissulfetos

Historicamente, fazer com que trissulfetos se reorganizassem não era simples. Trabalhos anteriores indicaram que a troca dessas ligações de enxofre costuma exigir temperaturas elevadas - frequentemente entre cerca de 80 e 150 °C - e, mesmo assim, as reações podem levar horas ou dias para atingir o equilíbrio.

O que a nova reação faz e como ela se comporta

A reação de metátese de trissulfeto recém-identificada apresenta um comportamento muito distinto. Em certos solventes, as cadeias de enxofre começam a trocar os fragmentos ligados às extremidades em poucos segundos, à temperatura ambiente, sem necessidade de calor, luz ou reagentes adicionais.

Ao investigar polímeros que contêm enxofre, a equipa reparou que algumas moléculas de trissulfeto se reorganizavam rapidamente quando dissolvidas em solventes como a dimetilformamida, bastante usada em experiências de química.

Em vez de depender de aquecimento ou catalisadores, as cadeias de enxofre iniciavam a troca de fragmentos por conta própria.

Nessa reação, duas moléculas de trissulfeto podem permutar os grupos químicos ligados às suas pontas, trocando “parceiros” e originando novas combinações moleculares. Em química, esse tipo de processo de troca de parceiros recebe o nome de metátese.

Assim, um par de moléculas com a disposição:

R1–S–S–S–R1
R2–S–S–S–R2

transforma-se em:

R1–S–S–S–R2
R2–S–S–S–R1

Quando as condições são adequadas, a troca ocorre com rapidez notável - por vezes alcançando o equilíbrio em segundos à temperatura ambiente. E o processo é facilmente reversível.

Demonstrações práticas: fármaco antitumoral e plástico “desmontável”

Os investigadores já testaram a reação em diferentes cenários, incluindo a sua utilização para modificar o composto antitumoral calicheamicina. Além disso, aplicaram o método para criar um plástico formado por cadeias ligadas por ligações de trissulfeto, que pode ser desmontado com facilidade de volta aos seus blocos constituintes.

“Estou entusiasmado para ver como esta química será adotada, expandida e aplicada de maneiras ainda não imaginadas”, diz o químico Harshal Patel, do Laboratório de Chalker, na Universidade Flinders. “Deparar-se com uma nova reação é empolgante, e já demonstrámos várias aplicações relevantes em química biomolecular e de materiais.”

Como a reação é rápida, seletiva e reversível, ela pode oferecer aos químicos uma nova forma de construir moléculas capazes de se reorganizar em condições suaves - algo potencialmente útil em áreas que vão da descoberta de medicamentos à ciência dos materiais.

“Acho que os exemplos que mostramos do que dá para fazer com esta química são apenas a ponta do icebergue”, afirma o químico Tom Hasell, da Universidade de Liverpool, no Reino Unido.

A pesquisa foi publicada na revista Nature Química.