PFAS: un nuovo percorso per abbattere le "sostanze chimiche per sempre"
Sviluppato un nuovo catalizzatore in grado di scindere forti legami carbonio-fluoro: potenziale uso nella produzione farmaceutica
I chimici della Goethe University di Francoforte hanno sviluppato un catalizzatore in grado di scomporre in modo mirato le sostanze organiche per- e polifluorurate (PFAS), note anche come "forever chemicals". I PFAS sono ampiamente utilizzati per rendere le superfici resistenti allo sporco e all'acqua, ma la loro estrema persistenza nell'ambiente e i potenziali rischi per la salute li hanno resi una preoccupazione crescente. Ciò che distingue questo nuovo catalizzatore è che non si basa su metalli pesanti costosi o tossici come il platino, il palladio o l'iridio. Oltre alla capacità di degradare i PFAS, il catalizzatore potrebbe essere utilizzato anche nella sintesi di prodotti farmaceutici.
Un nuovo catalizzatore scinde i legami C-F: Due atomi di boro (sfere verdi) sono inseriti in una struttura di atomi di carbonio (nero). Gli elettroni necessari per la scissione C-F provengono attualmente dal litio (rosa), in futuro dalla corrente elettrica.
Gruppe von Matthias Wagner, Goethe-Universität Frankfurt
I PFAS sono, per molti versi, molecole straordinarie. Anche uno strato sottile può respingere acqua, olio e sporco. Sono anche altamente resistenti al calore e ai raggi UV, il che li rende ideali per rivestire indumenti esterni traspiranti, tappeti antimacchia, stoviglie usa e getta, ferri da stiro e padelle antiaderenti. A livello industriale, i PFAS sono utilizzati come lubrificanti, tensioattivi, agenti bagnanti, nella cromatura e nelle schiume antincendio. L'elenco continua: i PFAS sono quasi ovunque.
Ma questi vantaggi hanno un costo: poiché i PFAS sono così resistenti, persistono nell'ambiente anche molto tempo dopo l'uso previsto. Sebbene possano essere quasi completamente distrutti negli impianti di incenerimento dei rifiuti, possono accumularsi nel ciclo dei materiali durante il riciclaggio, anche nei tessuti o nei fanghi di depurazione, per poi entrare nell'ambiente. I PFAS possono essere trovati nell'acqua, nel suolo, nelle piante e persino nel corpo umano. Ciò è particolarmente preoccupante perché alcuni dei circa 4.700 composti PFAS conosciuti sono sospettati di essere cancerogeni o di causare altri problemi di salute.
La chiave dell'efficacia dei PFAS - e della loro persistenza nell'ambiente - risiede nella loro struttura molecolare estremamente stabile, in particolare nei legami carbonio-fluoro (C-F). Ora, un team di chimici guidato dal professor Matthias Wagner dell'Istituto di Chimica Inorganica e Analitica della Goethe University ha sviluppato un catalizzatore in grado di scindere questi legami C-F in pochi secondi e a temperatura ambiente. Il cuore del catalizzatore è costituito da due atomi di boro, inseriti in una struttura di carbonio in modo da renderli resistenti all'aria e all'umidità - una proprietà rara e molto pratica per i composti di boro.
Christoph Buch, ricercatore di dottorato nel gruppo di Wagner e primo autore dello studio, spiega: "Per rompere i legami C-F abbiamo bisogno di elettroni, che il nostro catalizzatore trasferisce con eccezionale efficienza. Finora abbiamo utilizzato metalli alcalini come il litio come fonte di elettroni, ma stiamo già lavorando per passare alla corrente elettrica. Questo renderebbe il processo molto più semplice ed efficiente".
Oltre alla degradazione dei PFAS, Wagner vede applicazioni più ampie per il catalizzatore: "Molte sostanze farmacologicamente importanti contengono atomi di fluoro per aumentare la loro stabilità fisiologica e potenziarne l'effetto. Gli atomi di fluoro possono anche migliorare l'assorbimento dei farmaci. Con questo catalizzatore, ora disponiamo di uno strumento che ci permette di controllare con precisione il grado di fluorurazione di questi composti".
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Pubblicazione originale
Christoph D. Buch, Alexander Virovets, Eugenia Peresypkina, Burkhard Endeward, Hans-Wolfram Lerner, Felipe Fantuzzi, Shigehiro Yamaguchi, Matthias Wagner; "Planarity Is Not Plain: Closed- vs Open-Shell Reactivity of a Structurally Constrained, Doubly Reduced Arylborane toward Fluorobenzenes"; Journal of the American Chemical Society, Volume 147, 2025-5-29
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