Controllare le reazioni chimiche in modo più efficiente e sostenibile

Le molecole organiche sono alla base di quasi tutti i processi biologici. Sono costituite principalmente da carbonio e idrogeno, e gli atomi di idrogeno in particolare sono molto comuni in queste molecole. "Se si vogliono modificare le proprietà di una molecola, spesso è necessario sostituire in modo specifico singoli atomi di idrogeno", spiega Philipp Spieß, ex dottorando del gruppo di Maulide e uno degli autori principali dello studio.

La modifica precisa dei legami C-H è quindi considerata una delle sfide principali della moderna chimica sintetica. Svolge un ruolo importante nello sviluppo di nuovi farmaci, materiali funzionali e processi chimici più efficienti.

La scansione delle cariche positive consente un controllo preciso

"Immaginate una molecola come un filo di perline: le prime perline sono facili da contare, ma più si va indietro, più diventa difficile", spiega Miloš Vavrík, dottorando del gruppo Maulide e primo autore dell'articolo. "È simile agli atomi di una catena molecolare: le posizioni vicine sono facili da raggiungere, quelle lontane molto più difficili".

È proprio qui che entra in gioco il nuovo metodo. Utilizza cariche positive che viaggiano in modo casuale lungo la catena molecolare. "Le cariche non dirette sono scandite da uno specifico gruppo funzionale contenuto nella molecola e sono selezionate con alta precisione", spiega Nuno Maulide. "Questo significa che il nostro metodo interviene esattamente nel momento in cui viene raggiunta la posizione desiderata". Ciò consente di effettuare reazioni in siti che in precedenza erano accessibili solo con grande sforzo, o non lo erano affatto.

Una chimica sintetica più efficiente e sostenibile

"Il nostro lavoro dimostra che i cationi non si comportano semplicemente in modo incontrollato, ma possono essere controllati in modo specifico", afferma Maulide. Ciò che è particolarmente notevole è che i ricercatori possono determinare in quale punto della molecola avviene la reazione, semplicemente controllando la temperatura di reazione.

"Per restare all'immagine del filo di perline: possiamo scegliere in modo specifico quale perlina viene alterata", dice Maulide. Questo apre nuove possibilità per la produzione di molecole complesse, dai principi attivi farmaceutici ai materiali funzionali.

Il metodo, inoltre, non richiede complessi catalizzatori a base di metalli di transizione, spesso necessari in processi analoghi. A lungo termine, ciò potrebbe contribuire a rendere le sintesi chimiche più efficienti e sostenibili.

Un nuovo metodo con un enorme potenziale

I risultati presentati derivano direttamente dal progetto di ricerca C-HANCE di Maulide, che ha ottenuto un ERC Advanced Grant dall'UE (il primo Advanced Grant nel campo della chimica per l'Università di Vienna).

"Il metodo è ancora agli inizi", afferma Maulide. "Ma apre un nuovo modo di controllare con precisione le reazioni chimiche utilizzando cariche migranti. Il potenziale è enorme".