09.11.2022 09:30
Nuovi modi di creare legami chimici per molecole sempre più complesse
Lo studio pubblicato su Nature Chemistry spiega come si è arrivati a questo risultato
In uno studio appena pubblicato sulla rivista “Nature Chemistry” che combina misure sperimentali e simulazioni teoriche, è stata evidenziata una nuova classe di reazioni chimiche, la cui velocità è controllata da fenomeni quantistici. Oltre ai ricercatori del Politecnico di Milano, hanno partecipato Università degli Studi di Perugia, Scuola Normale Superiore di Pisa e Università di Bologna.
Proviamo a spiegare la nuova scoperta con queste immagini:
Se immaginiamo una reazione chimica come un cammino che deve essere percorso per andare da reagenti a prodotti (figura 1), è ragionevole aspettarsi che la reazione avvenga se i reagenti hanno un’energia sufficiente a superare il collo di bottiglia energetico (la barriera) che separa reagenti e prodotti (in alto), e che non avvenga se è inferiore (in basso).
Tramite il meccanismo di reazione scoperto in questo studio diviene possibile aggirare la barriera anche quando l’energia dei reagenti è bassa, mediante un salto quantico su un cammino reattivo parallelo, ma avente una barriera inferiore. Il meccanismo che consente questa reazione è di natura quantistica ed è noto come inversione di spin (figura 2).
“La classe di reazioni studiata, nota come spin-forbidden, è di difficile approccio in quanto richiede l’impiego di metodologie di calcolo avanzate”, spiega Carlo Cavallotti, docente del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” e autore dello studio.
Usando nuovi strumenti teorici e computazionali sviluppati dai gruppi di Milano, Pisa e Bologna, siamo riusciti a riprodurre i dati sperimentali misurati dai colleghi di Perugia, dimostrando per la prima volta che per un particolare sistema reagente – l’addizione di ossigeno a composti azotati – è attivo il meccanismo proposto.
L’evidenza dell’esistenza di questa nuova via reattiva, rilevante attorno e al di sotto della temperatura ambiente, consentirà tanto di interpretare alcuni cammini di reazione attivi in ambienti astrochimici e biologici fino ad ora di difficile comprensione, quanto di progettare nuove vie di sintesi chimica.
La via reattiva proposta consente infatti di pensare a nuove metodologie per la creazione di legami chimici fra reagenti differenti, e va quindi ad aggiungersi al corredo dei chimici per la costruzione di molecole sempre più complesse.