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Creare nuovi composti chimici, come nuovi farmaci, non è semplice come assemblare uno di quei modelli con palline e bastoncini colorati che potresti aver visto in una lezione di chimica per principianti. No, è spesso un processo complesso con molti passaggi e molti partecipanti chimici, alcuni dei quali sono tossici e pericolosi per l'ambiente.
Una tecnica utilizzata nella sintesi chimica è chiamata trasferimento di atomi di idrogeno o HAT. È uno strumento chimico potenzialmente potente e versatile, ma i vincoli tecnici ne hanno limitato l'uso. Ora i chimici dell'Università dello Utah, Scripps Research e i loro colleghi hanno preso in prestito una tecnica dalla chimica dell'accumulo di energia per realizzare HAT con meno sostanze chimiche e meno costi.
"HAT immagazzina il potenziale per trasformazioni incredibilmente utili", afferma Samer Gnaim di Scripps Research, primo autore di uno studio che riporta i risultati dei ricercatori. "Con l'introduzione di un concetto fondamentalmente nuovo, queste sfide chimiche possono essere risolte, affermando HAT come uno strumento accessibile alla stragrande maggioranza delle sostanze chimiche organiche in ambienti sia industriali che accademici."
Lo studio è pubblicato su Natura .
"Questo è un classico esempio della necessità di centri multidisciplinari che riuniscono chimici organici, elettrochimica e scienziati informatici per affrontare grandi problemi di sintesi organica", afferma Minterer, illustre professore di chimica.
Le promesse e le sfide di HAT
HAT è un processo che sposta semplicemente un atomo di idrogeno da una molecola all'altra. È utile per utilizzare legami carbonio-carbonio insaturi, il legame chimico utile più comune nella chimica organica, per creare un'ampia gamma di nuovi legami come legami carbonio-carbonio, carbonio-ossigeno e carbonio-azoto. Tutti questi sono passaggi importanti nella costruzione di molecole complesse. Creare nuovi legami da un doppio legame carbonio-carbonio si chiama "funzionalizzazione".
"La funzionalizzazione di tali legami è una strategia interessante per costruire molecole e raggiungere la complessità molecolare in modo efficiente", afferma Gnaim.
Ma per quanto utile sia, HAT ha i suoi svantaggi. Il semplice processo di spostamento di un atomo di idrogeno richiede sostanze chimiche aggiuntive come ossidanti e riducenti per creare un catalizzatore attivo, un composto che aiuta la reazione a procedere. Gli ossidanti e i riducenti sono necessari in grandi quantità, il che rende impraticabile l'impiego di HAT su larga scala e quasi impossibile da applicare per i processi chimici industriali.
Insight dall'accumulo di energia
Mentre i chimici sono alle prese con come migliorare l'HAT, i ricercatori sull'accumulo di energia hanno allo stesso tempo sviluppato un processo che può aiutare. L'immagazzinamento di energia sotto forma di idrogeno implica la conversione di protoni caricati positivamente in molecole di idrogeno con l'aiuto di un catalizzatore di idruro di cobalto. È lo stesso tipo di catalizzatore necessario per il processo HAT.
Ma il campo dell'accumulo di energia è stato in grado di costruire catalizzatori di idruro di cobalto utilizzando protoni ed elettroni come sostituti di ossidanti e riducenti, un processo chimico completamente diverso per ottenere lo stesso prodotto finale.
Quindi Gnaim e i suoi colleghi hanno confrontato il modo in cui il processo elettrochimico si confronta con la chimica HAT convenzionale valutandone le prestazioni in un'ampia gamma di reazioni di chimica organica. I risultati sono stati molto incoraggianti. L'uso dell'elettrochimica per creare catalizzatori di idruro di cobalto era più sostenibile ed efficiente, hanno scoperto e persino reso il processo più preciso e sintonizzabile.
Cosa possiamo fare ora
Il processo elettrochimico offriva altri vantaggi. Potrebbe essere eseguito in lotti piccoli o grandi, senza i passaggi complicati di rimuovere tutta l'aria o l'acqua dal processo e senza la necessità di costosi ossidanti e riducenti.
"I chimici cercano continuamente di espandere la reattività chimica a nuovi spazi consentendo la scoperta di nuove trasformazioni che possono migliorare i processi di scoperta di nuovi farmaci", afferma Gnaim. "Nel nostro caso, possiamo accedere a nuovi motivi molecolari utilizzando sostanze ecocompatibili ed economiche basandoci sull'uso delle classiche reazioni HAT e nuove trasformazioni". + Esplora ulteriormente
