Aromaticità, un concetto solitamente usato per spiegare la sorprendente stabilità e l'insolita reattività di alcune molecole a base di carbonio, potrebbe ispirare la progettazione di nuovi catalizzatori con nuovi usi, I ricercatori KAUST hanno dimostrato.

I chimici scoprirono per la prima volta il comportamento anomalo delle molecole aromatiche nel diciannovesimo secolo mentre studiavano il benzene. L'inaspettata stabilità di questa struttura ciclica a sei atomi di carbonio si riduce ai suoi elettroni.

Generalmente, gli elettroni di legame tengono insieme una coppia specifica di atomi in un legame chimico discreto. Ma nel benzene, sei elettroni formano un anello delocalizzato attraverso la molecola. Una miriade di altre molecole condividono questa caratteristica. "Molti esempi classici di reattività organica e organometallica possono essere spiegati su questa base, "dice Théo Gonçalves, un ricercatore nel laboratorio di Kuo-Wei Huang. "Ma sebbene il concetto sia ben noto, ci sono applicazioni chimiche pratiche limitate dell'aromaticità, " Aggiunge.

Un'area di applicazione pratica è nel campo della catalisi. Il gruppo Huang ha recentemente sviluppato un'insolita famiglia di catalizzatori chiamati complessi a pinza PN3(P). Nella maggior parte dei catalizzatori, lo ione metallico centrale è dove avviene tutta la rottura e la creazione del legame. Nei complessi PN3(P), anche i leganti a pinza attorno al metallo possono essere partecipanti attivi nel processo catalitico. "La nostra piattaforma di leganti PN3(P) consente applicazioni catalitiche oltre i sistemi convenzionali in cui il metallo è il centro della reattività, " dice Huang.

Mentre il team studiava il comportamento catalitico dei complessi a tenaglia, hanno mostrato che una struttura ad anello a sei membri si forma transitoriamente durante la catalisi e che l'aromaticità stava entrando in gioco. "Abbiamo fornito una forte evidenza che durante il ciclo catalitico, la nostra catalisi beneficia dell'energia aggiuntiva proveniente dall'aromatizzazione dell'anello, " Dice Gonçalves. "L'ottimizzazione del grado di aromatizzazione consentirà di regolare delicatamente l'uscita della reazione".

La famiglia delle pinze PN3(P) possiede elevate prestazioni catalitiche per reazioni come la produzione selettiva di idrogeno dall'acido formico per la riduzione dell'anidride carbonica (CO ₂ ) e per formare esteri e immine. Ma il vero valore della ricerca potrebbe derivare dalle nuove intuizioni che genera sul ruolo dell'aromaticità nella catalisi, e i nuovi orizzonti che si aprono di conseguenza. "Prima del nostro lavoro, l'importanza dell'aromaticità non è stata evidenziata in questo campo, " Dice Gonçalves. "La comprensione fondamentale dell'aromatizzazione e della dearomatizzazione consentirà la riprogettazione dei catalizzatori verso prestazioni migliori e forse una nuova reattività".

"La nostra scoperta non riguarda l'identificazione di un catalizzatore nuovo o migliore per una reazione nota, ma sull'apertura di un nuovo campo per illimitate nuove opportunità in futuro, " aggiunge Huang.