Un progetto di ricerca condotto da chimici dell'Università di Warwick ha utilizzato per la prima volta la microscopia a effetto tunnel a scansione ad altissima risoluzione per vedere l'esatta posizione di atomi e legami all'interno di una molecola, e poi ha utilizzato queste immagini incredibilmente precise per determinare le interazioni che legano le molecole l'una all'altra.

Usando un ago super affilato con punta di monossido di carbonio congelato a 7 Kelvin (meno 266 gradi centigradi), i ricercatori potrebbero identificare se i legami sono idrogeno o alogeno, e sono stati anche in grado di rilevare piccoli difetti in questi materiali. Questi risultati potrebbero essere di grande rilevanza per aiutare a creare nuovi prodotti farmaceutici più puri che mai.

I ricercatori hanno confrontato lo standard con STM ad altissima risoluzione su una molecola aromatica policiclica bromurata posta su una superficie d'oro. Sono stati in grado di dimostrare che le misurazioni STM standard non potevano stabilire in modo definitivo la natura delle interazioni intermolecolari, ma la nuova tecnica potrebbe identificare chiaramente la posizione degli anelli di carbonio e degli atomi di alogeno, determinare che il legame alogeno governa gli assiemi.

La loro ricerca è pubblicata oggi, 30 aprile 2020, in un articolo intitolato "Combinazione di microscopia a effetto tunnel ad alta risoluzione e simulazioni di principi primi per identificare il legame alogeno" in Comunicazioni sulla natura .

Uno dei principali ricercatori del documento, Professor Giovanni Costantini, del Dipartimento di Chimica dell'Università di Warwick ha dichiarato:

"Il famoso fisico Richard Feynman una volta disse che il modo più semplice per analizzare qualsiasi sostanza chimica complicata sarebbe "guardarla e vedere dove sono gli atomi"; la tecnica che abbiamo usato è un modo per farlo.

"La microscopia a scansione a effetto tunnel (STM) può normalmente rivelare solo la forma e la posizione complessive delle molecole in un materiale, ma non ha la precisione necessaria per determinarne l'esatta struttura atomica.

"Però, utilizzando STM ad altissima risoluzione, potremmo individuare con precisione la posizione degli anelli di carbonio e degli atomi di alogeno, che ci ha permesso di stabilire che il legame alogeno piuttosto che a idrogeno governava l'assemblaggio molecolare di questo materiale.

"Seguendo da vicino l'esortazione di Richard Feynman di "guardare solo la cosa", la nostra chiara visualizzazione delle posizioni effettive degli atomi all'interno delle molecole ci ha permesso di dedurre la posizione e la natura del legame tra le molecole.

"Ciò è stato supportato da calcoli teorici che hanno rivelato una serie di caratteristiche elettroniche che l'Unione internazionale di chimica pura e applicata (IUPAC) riconosce come tratti identificativi del legame alogeno. Riteniamo che una frazione significativa di strutture molecolari difficili o controverse che sono state discusse in la letteratura negli ultimi decenni potrebbe essere risolta in modo rapido e chiaro utilizzando questo approccio e prevediamo il suo crescente utilizzo nella nanoscienza molecolare sulle superfici".

Un altro dei principali ricercatori sul documento, Professore Associato Gabriele Sosso, del Dipartimento di Chimica dell'Università di Warwick sottolinea inoltre che:

"La capacità di discernere e identificare effettivamente con chiarezza la posizione dei legami alogeni sarà di particolare valore per i ricercatori che tenteranno di comprendere il riconoscimento biomolecolare e di progettare nuovi farmaci farmaceutici.

"Infatti, la maggior parte della chimica farmaceutica fino ad ora si è concentrata sul ruolo dei legami idrogeno, poiché sono onnipresenti sia nella biochimica che nella scienza dei materiali:la comprensione del legame alogeno fornirà quindi uno strumento aggiuntivo per progettare la prossima generazione di sistemi molecolari per la progettazione di farmaci.

"A quello scopo, è essenziale che, come abbiamo fatto in questo lavoro, mettiamo insieme esperimenti e simulazioni, al fine di fornire un quadro completo di questa interazione molecolare ancora in gran parte inesplorata".