I chimici hanno fatto un'importante scoperta
Dopo decenni di ricerche a livello mondiale: i chimici di Saarbrücken creano una molecola aromatica iconica con sili
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Le scoperte fondamentali nelle scienze naturali sono rare. Il progresso avviene di solito a piccoli passi, con la conoscenza che si accumula lentamente man mano che i pezzi del puzzle vanno al loro posto. Ora, però, i chimici dell'Università del Saarland hanno fatto una grande scoperta: hanno sintetizzato una molecola stabile che i chimici di tutto il mondo cercavano - senza successo - da decenni. La loro scoperta è stata pubblicata su Science.
Come dice il proverbio, tutte le cose belle richiedono tempo - e questo si può dire che sia particolarmente vero per le grandi scoperte scientifiche. Dopo quasi mezzo secolo di speculazioni e decenni di tentativi da parte di numerosi gruppi di ricerca, David Scheschkewitz, professore di Chimica generale e inorganica presso l'Università del Saarland, e il suo dottorando Ankur - in collaborazione con Bernd Morgenstern del Centro di servizio per la diffrazione dei raggi X dell'Università del Saarland - hanno ora ottenuto una scoperta che, opportunamente, è stata riportata in una delle principali riviste scientifiche del mondo: Science.
Che cosa ha ottenuto il team di Saarbrücken? In parole povere, sono riusciti a sintetizzare il pentasilaciclopentadienide. Mentre alcuni specialisti reagiranno con "Wow! È straordinario!", la maggior parte dei lettori probabilmente risponderà con "Ok, e cos'è esattamente?". In sostanza, Scheschkewitz e i suoi colleghi hanno sostituito gli atomi di carbonio di un composto aromatico - una classe di molecole particolarmente stabili nella chimica organica - con atomi di silicio.
Gli aromatici svolgono un ruolo importante nel mondo che ci circonda, ad esempio nella produzione di materie plastiche. Nella produzione di polietilene e polipropilene, ad esempio, i composti aromatici contribuiscono a rendere più duraturi ed efficaci i catalizzatori che controllano questi processi chimici industriali", spiega David Scheschkewitz. Poiché il silicio è molto più metallico del carbonio, trattiene gli elettroni in modo molto meno forte. La sostituzione del carbonio con il silicio nel pentasilaciclopentadienide potrebbe quindi dare accesso a nuovi composti e catalizzatori con proprietà molto diverse, aprendo la porta a un nuovo mondo di possibilità chimiche. David Scheschkewitz, Ankur e Bernd Morgenstern hanno ora spalancato questa porta.
Per capire perché questo obiettivo è stato così difficile da raggiungere, dobbiamo fare un'immersione più profonda nella chimica di base. Il ciclopentadienide - il modello contenente carbonio per l'analogo del silicio, il pentasilaciclopentadienide - è una molecola di idrocarburi aromatici, il che significa che i suoi cinque atomi di carbonio sono disposti in una struttura ad anello piatto ("planare") - una configurazione che contribuisce a creare una struttura molecolare eccezionalmente stabile. (Nota storica: agli aromatici è stato dato questo nome perché i primi composti di questo tipo scoperti nella seconda metà del XIX secolo avevano un aroma particolarmente caratteristico e spesso gradevole). Per essere classificato come aromatico, un composto deve avere un particolare numero di elettroni condivisi, distribuiti uniformemente attorno alla struttura planare dell'anello, e questo numero è espresso dalla regola di Hückel, una semplice espressione matematica che prende il nome dal fisico tedesco Erich Hückel", spiega David Scheschkewitz. Poiché questi elettroni sono condivisi uniformemente intorno all'anello e non confinati a singoli atomi di carbonio, questi elettroni delocalizzati rendono le molecole aromatiche particolarmente stabili.
Per decenni si è conosciuta solo una variante di queste molecole aromatiche per il silicio. Nel 1981 è stato sintetizzato l'analogo al silicio del ciclopropenio, una molecola aromatica in cui l'anello a tre membri di atomi di carbonio era sostituito da un anello a tre membri di atomi di silicio. In seguito, numerosi tentativi di creare aromatici a base di silicio si sono rivelati infruttuosi. Fino ad oggi, cioè: Ankur, Bernd Morgenstern e David Scheschkewitz hanno sintetizzato una molecola a cinque atomi che presenta queste complesse proprietà. Per uno strano scherzo del destino, lo stesso composto è stato scoperto quasi contemporaneamente nel laboratorio di Takeaki Iwamoto della Tohoku University di Sendai, in Giappone. Di comune accordo, i team di ricerca del Saarland e del Giappone hanno pubblicato i loro risultati fianco a fianco nello stesso numero di Science.
Questo lavoro apre la strada a materiali e processi completamente nuovi con potenziale rilevanza industriale. Ma il primo passo più difficile è già stato fatto.
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