Quando gli scienziati sviluppano le formule chimiche per nuovi prodotti come carburanti e farmaci, spesso devono prima creare molecole che prima non esistevano.

Un passo fondamentale verso la creazione di nuove molecole è rompere e riformare selettivamente i legami chimici che collegano gli atomi che li compongono. Una delle sfide principali è che il legame tra atomi di carbonio e idrogeno, i mattoni di molte molecole, è eccezionalmente forte, quindi i chimici devono spesso ricorrere all'uso di sostanze chimiche rare e costose come l'iridio per convertirlo in altri, tipi più utili di legami chimici. Gli scienziati si riferiscono a questo processo come "funzionalizzazione" dei legami.

Ora, un team di chimici dell'UCLA ha sviluppato una nuova tecnica per rompere i legami carbonio-idrogeno e creare legami carbonio-carbonio. L'approccio utilizza catalizzatori costituiti da due elementi abbondanti e poco costosi, silicio e boro. La loro ricerca è stata pubblicata in Scienza .

Osea Nelson, un assistente professore UCLA di chimica e biochimica e autore senior dello studio, ha affermato che l'industria energetica è interessata a prendere molecole di idrocarburi molto semplici come il metano e trasformarle in nuovi combustibili.

"Questo nuovo metodo consentirà agli scienziati di incorporare il metano in molecole più grandi, " Egli ha detto.

Un'altra potenziale applicazione sarebbe la conversione del metano, uno dei componenti primari del gas naturale, in qualcosa che è più denso e più facile da contenere dopo che è stato perforato dalla Terra. Il processo attuale è complicato perché il metano, un gas leggero, tende a disperdersi nell'atmosfera.

Nelson ha collaborato allo studio con gli studenti laureati dell'UCLA Brian Shao, Alex Bagdasarian e Stasik Popov.

I ricercatori hanno usato la loro nuova tecnica per creare un composto simile a un fenil catione, una sostanza chimica che è stata studiata teoricamente ma raramente studiata in esperimenti di laboratorio reali. Hanno quindi usato il composto per tagliare i legami carbonio-idrogeno in metano e benzene, che ha permesso loro di inserire altri atomi e formare legami carbonio-carbonio, quali sono i mattoni di base delle molecole che compongono gli organismi viventi, così come combustibili e prodotti farmaceutici.

Oltre a dimostrare che esistono composti fenil cationici, la nuova tecnica consente di assemblare molecole complesse in molti meno passaggi di reazione di quanto fosse possibile in precedenza, che potrebbe far risparmiare tempo e denaro ai produttori di prodotti chimici e farmaceutici. Un altro vantaggio del metodo è che, a differenza degli approcci precedenti, può essere eseguita a temperature e pressioni del gas facilmente raggiungibili in laboratorio.

Il processo potrebbe anche essere utilizzato per alterare le molecole nei prodotti farmaceutici esistenti per renderle più efficaci, più sicuro o meno coinvolgente.

I chimici hanno testato la loro tecnica utilizzando campioni molto piccoli di reagenti, molto meno di un grammo. Ma Nelson spera che la metodologia possa essere ampliata per essere utile per una vasta gamma di reazioni chimiche del mondo reale.