Circa un terzo di tutte le esportazioni svizzere deriva da scoperte fondamentali nella chimica di sintesi. Certe droghe e profumi, così come i prodotti alimentari e agricoli - e persino il famoso colore rosso della Ferrari - derivano da nuove strutture molecolari inventate da scienziati svizzeri. Chimici dell'Università di Ginevra (UNIGE), Svizzera, hanno appena scoperto che i legami chimici a base di antimonio, un elemento dimenticato al centro della tavola periodica, produrre nuovi potenti catalizzatori che possono essere utilizzati per stimolare la trasformazione di una molecola dall'interno. Questi legami completano le interazioni esistenti come i legami idrogeno convenzionali oi più recenti legami calcogeno con lo zolfo. Questa constatazione, pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie , potrebbe portare alla creazione di nuovi, materiali innovativi. Ha innescato una piccola rivoluzione tra i chimici di sintesi, che aveva sempre creduto che ci fosse un limite al numero di possibili legami per costruire nuovi catalizzatori.

La ricerca di base in chimica richiede creatività. Ma i chimici hanno bisogno di strumenti specifici. Per indurre una trasformazione molecolare, la molecola del substrato deve entrare in contatto con un elemento del catalizzatore. In condizioni normali, quel legame è idrogeno. Ma le possibilità creative si riducono se limitate a questo singolo elemento. Trovare nuovi modi per avviare il contatto tra le molecole permetterebbe di trasformarle in modo diverso, consentendo così ai chimici di creare nuovi materiali. "Ecco perché il mio team è costantemente alla ricerca di nuovi legami per la catalisi, " spiega Stefan Matile, professore presso il Dipartimento di Chimica Organica della Facoltà di Scienze dell'UNIGE. "Dopo aver scoperto il legame a base di zolfo per la catalisi, calcogeno, due anni fa, abbiamo deciso di guardare un'altra categoria nella tavola periodica, elementi pnictogeni, che si distinguono per le loro componenti metalliche." Azoto, fosforo, arsenico, l'antimonio e il bismuto appartengono tutti a questa categoria.

Scoprire nuovi legami per la catalisi richiede innovazione. "La ricerca di solito si concentra sullo studio degli elettroni degli elementi. Abbiamo adottato l'approccio opposto:abbiamo esaminato solo gli spazi vuoti lasciati dagli elettroni, che sono essenziali per la costruzione molecolare, così potremmo cercare possibili nuove interazioni, " dice il professor Matile. Elementi pnictogeni pesanti, come frutti maturi, sono più flessibili e deformabili dell'idrogeno, che è molto compatto. Gli spazi vuoti sono così più accessibili e intelligibili per i chimici.

Sette elementi sono stati scelti dagli scienziati dell'UNIGE. "I calcoli teorici consentono una migliore visualizzazione degli spazi vuoti, " dice Amalia I. Poblador-Bahamonda, ricercatore presso il Dipartimento di Chimica Organica della Facoltà di Scienze. "Ecco perché abbiamo prima eseguito la modellazione al computer dei soli sette elementi in modo da poter visualizzare dove si trovavano sia gli elettroni che gli spazi vuoti. Poi lo abbiamo fatto di nuovo con le molecole da testare per misurare la forza del nuovo legame. ." Più visibili diventavano gli spazi vuoti della molecola, meglio funziona il legame, e migliore è l'elemento come catalizzatore. In questa fase teorica, l'antimonio si è rivelato il migliore dei sette elementi testati. I risultati hanno incoraggiato i chimici a concentrarsi sugli elementi alla base della tavola periodica, un'area poco esplorata in chimica organica.

Basandosi sulla modellizzazione teorica, i chimici studiarono i legami usando la risonanza magnetica nucleare, che permette di visualizzare le molecole e le trasformazioni nella loro struttura. "I nostri risultati erano perfettamente coerenti con le previsioni teoriche, "dice Sebastian Benz, un dottorato di ricerca studente nella squadra del professor Matile. "L'antimonio si è dimostrato ancora una volta ultra-efficiente, fino a 4, 000 volte più veloce degli altri elementi testati nella creazione di una nuova struttura."

L'antimonio si è rivelato una sorpresa per i ricercatori dell'UNIGE. Era usato come trucco per gli occhi nell'antico Egitto prima di cadere nell'oblio. Questa ricerca riporta l'elemento sotto i riflettori, tutto grazie alle eccezionali qualità che ha mostrato per la trasformazione molecolare. "L'antimonio non è solo ultraveloce ma anche, a differenza di altri catalizzatori che agiscono sulla superficie della molecola, funziona dall'interno. Questo ha un impatto sull'intero ambiente del materiale e consente al chimico di essere più preciso nell'intraprendere le trasformazioni, "dice il professor Matile.

I legami pnictogeno con l'antimonio sono i terzi legami per catalisi scoperti dai chimici dell'UNIGE, seguenti legami anione-π e legami calcogeno con zolfo. Tutti e tre introducono nuovi modi di guardare alle trasformazioni molecolari e aprono prospettive inesplorate. "Non abbiamo intenzione di fermarci qui, Certo. Continueremo a cercare nuovi legami e modi in cui possiamo utilizzarli, " afferma il professor Matile. I ricercatori hanno sviluppato i primi enzimi che funzionano con i legami anione-π, realizzato nel Centro Nazionale di Competenza nella Ricerca (NCCR) Molecular Systems Engineering, e le prime sonde fluorescenti in grado di visualizzare le forze meccaniche nelle cellule viventi grazie ai legami calcogeno con lo zolfo, realizzato nel NCCR Chemical Biology presso l'UNIGE.