Per la prima volta i ricercatori hanno scoperto un modo semplice e altamente efficiente per produrre determinati tipi di composti organici. Il team del Dipartimento di Chimica dell'Università di Tokyo riferisce che il loro nuovo metodo, che utilizza un nuovo catalizzatore di ferro, non solo può semplificare la sintesi organica, ma ridurrebbe notevolmente i costi e i prodotti di scarto. Ciò potrebbe avere enormi implicazioni per settori come quello farmaceutico, prodotti petrolchimici, materiali e altro.

I composti organici sono essenziali per praticamente tutto. L'elenco è infinito:combustibili, medicinali, Alimenti, detersivi, solventi, plastica e, naturalmente, la vita stessa. I prodotti chimici organici sono letteralmente ovunque, anche le fredde profondità dello spazio. Ci sono molti tipi diversi, alcuni sono prodotti da organismi viventi e alcuni sono sintetizzati in laboratorio da complessi processi chimici. Questi processi hanno costi finanziari e materiali che il professor Eiichi Nakamura, ricercatore principale dello studio, mira a tagliare.

"Mi sono sentito spinto a studiare l'uso del ferro come catalizzatore per accelerare le reazioni, " ha detto Nakamura. "È intrigante come da un lato sia economico, abbondante e non tossico, ma d'altra parte è difficile controllare la capacità catalitica del ferro a causa del suo complesso comportamento elettronico".

Quindi, come può il ferro aiutare a ridurre i costi?

Tutto si riduce a come le molecole componenti si legano insieme per formare quelle più complesse come i composti organici sempre così utili menzionati sopra. Di solito sono combinazioni di idrocarburi semplici, molecole con legami carbonio-idrogeno (C-H), in disposizioni specifiche. Diversi legami CH si combinano per produrre diverse funzionalità nel composto risultante.

Però, lasciati a se stessi, molti legami C-H tendono a legarsi ad altri legami identici che non producono un prodotto utile. Questo è chiamato omoaccoppiamento e il risultato è considerato uno spreco. Quello che Nakamura e colleghi hanno fatto è mettere a punto un catalizzatore di ferro unico nel suo genere in modo che selezioni quali legami C-H combinare e quali accoppiamenti di legami rifiutare. In questo modo si ha meno omoaccoppiamento e meno spreco complessivo.

"Il nostro gruppo ha studiato la reattività dei catalizzatori di ferro per oltre 10 anni, " continuò Nakamura. "La parte più difficile della ricerca, ma anche il più gratificante, stava spiegando il meccanismo alla base delle reazioni che cercavamo".

Questo meccanismo è una serie di eventi che prendono una quantità di molecole sorgente, principalmente i semplici idrocarburi che il chimico vuole legare, ed eroga una quantità di composti più complessi dopo un certo tempo.

Questi eventi avvengono in recipienti di reazione in cui gli atomi e persino i componenti subatomici vengono spostati e scartati secondo necessità da diverse sostanze che controllano le reazioni.

Ma fungere da palcoscenico per tutta questa azione è il catalizzatore di ferro, senza la quale gli idrocarburi non avrebbero dove eseguire la loro danza chimica. In questa analogia il catalizzatore svolge anche il ruolo di coreografo, orchestrare queste routine a livello atomico.

Con eventi che accadono su così piccola scala, è difficile immaginare come Nakamura e il suo team possano effettivamente sapere cosa sta succedendo, ma hanno trucchi intelligenti per vedere lo spettacolo senza disturbare i proverbiali ballerini.

"Abbiamo etichettato un legame C-H con un isotopo dell'idrogeno chiamato deuterio, quindi fermato la reazione a metà strada per misurare come era cambiato questo deuterio, " ha concluso Nakamura. "Abbiamo visto che il deuterio si era legato con gli agenti di reazione in modo così specifico da supportare fortemente il mio meccanismo teorizzato. È uno dei risultati più entusiasmanti che abbia mai visto".