Per più di un decennio a metà del XX secolo, i chimici hanno discusso esattamente sull'aspetto dei "carbocationi", molecole con un atomo di carbonio caricato positivamente. Quella che è conosciuta come la "visione classica, " che si insegnava all'inizio di quel secolo, ha affermato che il carbonio in queste molecole ha tenuto la carica; la "visione non classica" sosteneva che la carica potesse essere condivisa anche da altri atomi vicini. Sia la teoria che l'esperimento alla fine hanno dimostrato che esistevano carbocationi non classici, e il dibattito si è spento. Anche se queste strutture esistono, la maggior parte dei chimici credeva, non avevano alcuna rilevanza pratica.

Ora, I ricercatori dell'UCLA hanno scoperto una reazione chimica, che un giorno potrebbe essere utilizzata per trasformare il petrolio in composti utili, in cui i carbocationi non classici svolgono un ruolo chiave. I risultati, pubblicato il 27 luglio sulla rivista Scienza , sottolineare l'importanza dei cationi non classici:ioni con meno elettroni dei protoni, e quindi una carica positiva. I risultati offrono anche una nuova reazione al processo di alcani, sostanze chimiche presenti nei gas metano e propano che sono notoriamente difficili da convertire in altri prodotti.

"C'è sia questa reazione con un sacco di potenziale pratico, e questa sorprendente chimica dietro la reazione, " disse Osea Nelson, un assistente professore UCLA di chimica e biochimica e autore senior dello studio.

"Ora abbiamo mostrato l'importanza di queste specie nello spiegare reattività e selettività, "ha detto Kendall Houk, Saul Winstein Professore di Chimica Organica dell'UCLA, coautore della nuova ricerca. Winstein era un professore dell'UCLA e un campione del concetto di ione non classico. Attraverso il suo lavoro, L'UCLA divenne nota come una delle principali università per lo studio dei carbocationi, disse Miguel García-Garibay, decano della Divisione di Scienze Fisiche dell'UCLA e professore di chimica e biochimica.

Il laboratorio di Nelson si concentra sullo sviluppo di nuove reazioni chimiche che hanno usi pratici nella creazione di farmaci e nell'elaborazione di prodotti di scarto indesiderati.

"Il nostro obiettivo è prendere i rifiuti di una ciminiera da una raffineria e trasformarli in prodotti farmaceutici, " Ha detto Nelson. Gli alcani di questo tipo di rifiuti hanno posto un problema particolare perché sono chimicamente molto stabili, Egli ha detto. Ciò significa che è difficile rompere i legami che tengono insieme queste molecole.

L'anno scorso, però, Nelson e i suoi colleghi hanno scoperto una reazione chimica che sembrava alterare efficacemente gli alcani in un sottoprodotto chimicamente più utile. C'era solo un problema, ha detto Nelson. "Ecco questa reazione molto potente, ma non siamo riusciti a spiegare come o perché ha funzionato, " ha detto. Ha collaborato con Houk per ottenere una spiegazione.

Quando i ricercatori hanno analizzato ulteriormente la reazione con moderni metodi computazionali, hanno scoperto che la reazione comporta la formazione di un carbocatione non classico.

"Questa è stata una scoperta fondamentale sorprendente, " Ha detto Nelson. "Introduce molte altre domande, e pensiamo che la non classicità di queste reazioni ci permetterà di infrangere molte regole della sintesi chimica per sviluppare nuovi tipi di reazioni".

Poiché la carica è condivisa tra più atomi - il modello non classico - la molecola ha più flessibilità per subire una serie diversificata di reazioni, compresi quelli necessari per rompere i forti legami degli alcani. Solo guardando le reazioni con dinamica molecolare, seguendo i moti degli atomi mentre avvengono le reazioni, si potevano capire le reazioni.

"Abbiamo sviluppato un modo completamente nuovo di pensare alle reazioni attraverso le nostre simulazioni di dinamica molecolare, " disse Houk.

Per adesso, gli alcani non vengono convertiti direttamente in farmaci, ma piuttosto in altre sostanze chimiche che potrebbero essere utili nell'elaborazione di molecole di farmaci. Nelson sospetta che la reazione abbia anche un'utilità nel rompere le lunghe molecole di alcano che si trovano in alcune plastiche non biodegradabili. Il suo gruppo sta perseguendo entrambe le applicazioni in modo più dettagliato.