Gli scienziati scoprono un nuovo modo in cui i metalli legano l'ossigeno, dando forse inizio a un "nuovo capitolo" della chimica
Il neodimio lega il diossigeno attraverso interazioni pi greco - una novità assoluta per la chimica dei lantanidi
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Ferro e ossigeno si legano in tutto il corpo. La cosa più nota è che il ferro lega il diossigeno, ovvero due ossigeni accoppiati tra loro, nell'emoglobina che trasporta l'ossigeno nel sangue. Ma i composti ferro-ossigeno, come vengono chiamati, si trovano in molti altri luoghi dell'organismo. Per esempio, il ferro-oxo altamente reattivo è utilizzato negli enzimi epatici che metabolizzano i farmaci.
L'ambiente del ligando ottacoordinato utilizzato per creare interazioni pi greco tra il neodimio e il diossigeno
Raúl Hernández Sánchez/Rice University
Il chimico della Rice University Raúl Hernández Sánchez era interessato a capire come l'ossigeno potesse reagire con altri tipi di metalli, quelli che si trovano nella sezione più bassa della tavola periodica, noti come metalli del blocco f, con i lantanidi nella fila superiore e gli attinidi in quella inferiore. Se i lantanidi potessero legarsi all'ossigeno, ha teorizzato, si formerebbe un composto lantanide-oxo altamente reattivo che potenzialmente potrebbe essere usato come sostituto sintetico del ferro-oxo, aprendo una nuova cassetta degli attrezzi per i chimici delle piccole molecole interessati a studiare queste reazioni biologiche.
L'unico problema è che i metalli del blocco f, in particolare i lantanidi, non possono impegnarsi con piccole molecole come l'ossigeno attraverso interazioni pi greco, un tipo di interazione essenziale per i materiali biologici come le proteine. In una recente pubblicazione sul Journal of the American Chemical Society, Hernández Sánchez e il suo team hanno descritto un modo per attivare le interazioni pi greco tra il diossigeno e un metallo lantanide chiamato neodimio, consentendo la creazione di lantanidi-osso.
"Avevamo una piattaforma di ligandi che abbiamo sviluppato alcuni anni fa", ha detto Hernández Sánchez, assistente alla cattedra di chimica. "Si può pensare che sia un cesto che ci permette di catturare i metalli e di posizionarli in modo da favorire specifici tipi di legami".
Il cesto era grande quanto basta per contenere un atomo di metallo del blocco f. Il team di ricerca ha posizionato due cestini uno di fronte all'altro con sei atomi accuratamente posizionati, tra cui una molecola di diossigeno, a ponte tra i due atomi di neodimio. In questo modo si crea un ambiente ligando ottacoordinato, che può essere utilizzato per regolare le posizioni dei metalli.
"Una volta inserito il lantanide nel nostro paniere di ligandi, abbiamo iniziato a esplorare la sua reattività a piccoli substrati molecolari, fino a trovare le condizioni giuste per trovare il diossigeno in un modo senza precedenti", ha dichiarato Hong-Lei Xu, ricercatore post-dottorato e primo autore dell'articolo.
Le condizioni giuste, contrariamente a quanto si pensava in precedenza, hanno permesso interazioni pi greco tra il neodimio e il diossigeno, dando vita a una molecola di lantanide-ossigeno. I chimici possono ora iniziare a verificare se queste molecole altamente reattive possono essere utilizzate come sostituto sintetico del ferro-oxo e, in caso affermativo, quali opzioni offrono rispetto al ferro-oxo.
Sebbene il lavoro abbia preso in esame solo il neodimio, il team di Hernández Sánchez ipotizza che una chimica simile possa essere estesa alla maggior parte dei lantanidi e probabilmente agli attinidi, utilizzando lo stesso scaffold di ligandi.
"La capacità di legare il diossigeno ai metalli f-block e di scindere il legame tra i due atomi di ossigeno ci permette potenzialmente di svelare ossidi di lantanide altamente reattivi e di formare prodotti chimici ad alto valore aggiunto. Potremmo aprire un nuovo capitolo nella chimica dei lantanidi", ha dichiarato Hernández Sánchez.
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