Ligações de hidrogênio detectadas diretamente pela primeira vez

Pela primeira vez, os cientistas conseguiram estudar a força de ligações de hidrogênio em uma única molécula usando um microscópio de força atômica. Pesquisadores da rede do Instituto Suíço de Nanociência da Universidade de Basileia relataram os resultados na revista Science Advances.

O hidrogênio é o elemento mais comum no universo e é parte integrante de quase todos os compostos orgânicos. Moléculas e secções de macromoléculas estão ligadas entre si através de átomos de hidrogénio, uma interacção conhecida como ligação de hidrogénio. Estas interacções desempenham um papel importante na natureza, porque são responsáveis ​​por propriedades específicas de proteínas ou ácidos nucleicos e, por exemplo, também asseguram que a água tem uma temperatura de ebulição elevada.

Até à data, não foi possível realizar uma análise espectroscópica ou microscópica de electrões de hidrogénio e ligações de hidrogénio em moléculas individuais, e investigações utilizando microscopia de força atómica também não produziram resultados claros.

Dr. Shigeki Kawai, da equipe do professor Ernst Meyer no Instituto Suíço de Nanociência e do Departamento de Física da Universidade de Basileia, conseguiu usar um microscópio de força atômica de alta resolução para estudar átomos de hidrogênio em compostos de hidrocarbonetos cíclicos individuais.

Escolhendo as moléculas certas para uma visão clara
Em estreita colaboração com colegas do Japão, os pesquisadores selecionaram compostos cuja configuração se assemelha à de uma hélice. Estes propelanos se organizam sobre uma superfície de tal maneira que dois átomos de hidrogênio sempre apontam para cima. Se a ponta do microscópio de força atômica, que é funcionalizada com monóxido de carbono, é trazida suficientemente perto desses átomos de hidrogênio, formam-se ligações de hidrogênio que podem então ser examinadas.

As ligações de hidrogénio são muito mais fracas do que as ligações químicas, mas são mais fortes do que as interacções intermoleculares de van der Waals. As forças e distâncias medidas entre os átomos de oxigênio na ponta do microscópio de força atômica e os átomos de hidrogênio do propelano correspondem muito bem aos cálculos realizados pelo Prof Adam S. Foster da Universidade Aalto, na Finlândia. Eles mostram que a interação envolve claramente ligações de hidrogênio. As medições significam que as forças mais fracas de van der Waals e as ligações iônicas mais fortes podem ser excluídas.

Com este estudo, os pesquisadores da rede da Universidade de Basileia Suíça Nanoscience Institute abriram novas formas de identificar moléculas tridimensionais, como ácidos nucleicos ou polímeros através da observação de átomos de hidrogênio.