Nova reação de metátese de trissulfeto descoberta na Flinders University

Uma observação curiosa feita durante experiências de laboratório acabou levando investigadores a um achado raro.

Depois de anos a tentar reproduzir o fenómeno, explicar o seu mecanismo e delimitar em que condições ele acontece, uma equipa interdisciplinar liderada pela Flinders University, na Austrália, anunciou o que descreve como uma descoberta importante: um tipo até então desconhecido de reação de troca de ligações enxofre–enxofre.

O que torna a reação tão fora do comum é que ligações enxofre–enxofre, em geral, só se reorganizam em moléculas quando há algum “empurrão” externo - como calor, luz ou catalisadores. Já a nova reação de metátese de trissulfeto ocorre sem reagentes adicionais e sem qualquer estímulo desse tipo.

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

"É raro descobrir uma reação totalmente nova, e ainda mais raro que ela seja útil em tantos campos e aplicações", afirma o químico Justin Chalker, da Flinders University, autor sénior do artigo e investigador de polímeros de sulfureto há mais de uma década.

"Compreender a nova reação permitiu-nos usá-la em várias aplicações de alto valor - incluindo a modificação seletiva de um fármaco antitumoral e a produção de um plástico inovador que pode ser moldado, utilizado e depois 'desfeito' quando a reciclagem for necessária."

Por que as ligações enxofre–enxofre são tão importantes

Ligações enxofre–enxofre são essenciais numa grande variedade de moléculas, incluindo péptidos, proteínas, polímeros e fármacos. Um dos motivos de estas ligações serem tão úteis é a capacidade de se romperem e voltarem a formar-se em resposta a diversos estímulos. Normalmente, quem assume esse papel são 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 (anotado como R–S–S–S–R, em que R significa “o resto da molécula”) - foram menos estudados, mas continuam a ser relevantes. Eles aparecem, por exemplo, em produtos como borracha vulcanizada e fármacos antitumorais.

Apesar disso, fazer com que trissulfetos se reorganizem sempre foi, tradicionalmente, uma tarefa difícil. Trabalhos anteriores indicavam que a troca dessas ligações de enxofre costuma exigir temperaturas elevadas - muitas vezes entre cerca de 80 e 150 °C (176 a 302 °F) - e, mesmo assim, as reações podem levar horas ou dias para atingir o equilíbrio.

Reação de metátese de trissulfeto: troca rápida em segundos

A reação de metátese de trissulfeto agora identificada comporta-se de um modo bem diferente. Em certos solventes, as cadeias de enxofre começam a trocar fragmentos em questão de segundos, à temperatura ambiente, sem necessidade de calor, luz ou reagentes adicionais.

Ao investigar polímeros que contêm enxofre, a equipa notou que determinadas moléculas de trissulfeto se rearranjavam rapidamente quando eram dissolvidas em solventes como a dimetilformamida, muito usada em experiências de química.

Em vez de depender de aquecimento ou de catalisadores, as cadeias de enxofre iniciavam, por conta própria, a troca dos grupos nas extremidades.

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

Assim, um par de moléculas com o arranjo

R1–S–S–S–R1
R2–S–S–S–R2

passa a formar

R1–S–S–S–R2
R2–S–S–S–R1

Quando as condições são adequadas, a troca acontece de forma surpreendentemente rápida - às vezes, chegando ao equilíbrio em segundos à temperatura ambiente. Além disso, é um processo facilmente reversível.

Aplicações demonstradas: calicheamicina e um plástico “desmontável”

Os investigadores já testaram a reação em usos práticos, incluindo a modificação da substância antitumoral calicheamicina. Também a empregaram para construir um plástico composto por cadeias ligadas por ligações de trissulfeto, que pode ser desassemblado com facilidade de volta aos seus blocos de construção constituintes.

"Estou entusiasmado para ver como esta química será adotada, expandida e aplicada de formas ainda não imaginadas", diz o químico Harshal Patel, do Chalker Lab na Flinders University. "Encontrar uma nova reação é empolgante, e já demonstrámos várias aplicações significativas em química biomolecular e de materiais."

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

"Penso que os exemplos que mostrámos do que pode ser feito com esta química são apenas a ponta do iceberg", afirma o químico Tom Hasell, da University of Liverpool, no Reino Unido.

A pesquisa foi publicada na Nature Chemistry.