Il profumo, l'alcol denaturato, i farmaci per il colesterolo e persino i processi biologici dipendono tutti da un processo chimico chiamato reazione aldolica. La reazione combina principalmente i composti per formare legami carbonio-carbonio, che sono incredibilmente forti e forniscono stabilità alla molecola.
I cluster catalitici costituiti da alluminio e ossigeno in genere aiutano ad accelerare questa reazione, ma i cluster che includono anche elementi di terre rare potrebbero offrire proprietà più desiderabili e sinergiche, secondo un team di ricercatori con sede in Cina.
Il team ha sviluppato tre di questi cluster, ciascuno dei quali ha prodotto una resa effettiva pari ad almeno il 74% e fino all’86% dei potenziali prodotti finali teorici, considerati buoni in contesti pratici, come un laboratorio. Hanno pubblicato i loro risultati in Polyoxometalates .
"In chimica organica, la reazione aldolica è uno dei metodi più importanti per la formazione di legami carbonio-carbonio", ha affermato l'autore corrispondente Wei-Hui Fang, professore di ricerca presso il Laboratorio statale chiave di chimica strutturale presso l'Istituto di ricerca del Fujian sull'oceano. Struttura della Materia, Accademia Cinese delle Scienze. "Finora, molti catalizzatori sono stati utilizzati nelle reazioni aldoliche, ma i cluster sono meno utilizzati a questo riguardo."
I cluster comprendono atomi legati e sono più grandi di una molecola ma più piccoli di un materiale solido sfuso. I cluster catalitici convenzionali, noti come complessi omometallici, sono realizzati con alluminio e ossigeno o elementi di terre rare. Tuttavia, secondo Fang, i complessi eterometallici che combinano i due sono molto più rari, nonostante le proprietà che consentirebbero ai due componenti di lavorare meglio insieme.
"I composti eterometallici possono portare a proprietà sinergiche emergenti, ma rimangono relativamente inesplorati a causa di complicati sistemi di reazione contenenti più di tre componenti, inclusi due metalli più linker", ha affermato Fang.
Fang e il suo team avevano precedentemente sviluppato un metodo per produrre anelli molecolari di alluminio caricati con singoli ioni lantanidi, che sono una classe di elementi delle terre rare noti come metalli leggeri. Hanno scoperto che aumentando la quantità di alluminio e di ioni lantanidi, potevano produrre un composto a grappolo puro con struttura cristallina. Modificando la quantità e il tipo di ioni lantanidi (cerio, praseodimio o neodimio) hanno prodotto i tre cluster eterometallici.
"Abbiamo impiegato l'idrolisi parziale controllata dal ligando per produrre questi cluster a forma di cappello", ha detto Fang. Un tale processo prevede l’uso dell’acqua per scomporre le molecole in componenti più piccoli che possono riorganizzarsi in diversi complessi. I ligandi, o ioni legati a un atomo, possono aiutare a controllare il processo prevenendo determinate dissociazioni. "La sua disposizione unica di condivisione da vertice a bordo non è stata segnalata né negli ammassi di terre rare né in quelli di alluminio."
La disposizione di condivisione si riferisce al modo in cui le molecole si legano insieme, con bordi e vertici accoppiati in modo tale che i cluster sembrino cappelli. I ricercatori hanno utilizzato varie tecniche di imaging e analisi chimica per caratterizzare i cluster. Hanno poi testato la capacità di ognuno di loro di accelerare una reazione aldolica con acetone. A 60°C e dopo 48 ore, il grappolo con cerio ha prodotto una resa dell'86%, che Fang ha definito un risultato "eccellente". Il cluster con praseodimio ha avuto una resa dell'84% e il cluster con neodimio ha avuto una resa del 74%.
"Si può vedere che la combinazione eterometallica dell'alluminio e del sistema delle terre rare porta ad un tipo di struttura completamente diversa rispetto ai due sistemi originari", ha detto Fang. "Prevediamo che l'idrolisi parziale controllata dal ligando continuerà ad essere efficace nella sintesi eterometallica."
Ulteriori informazioni: Xiao-Yu Liu et al, Il cubano tetramerico Al 9Ln 7 (Ln =Ce, Pr, Nd) si raggruppa come catalizzatori di addizione aldolica, Poliossometallati (2023). DOI:10.26599/POM.2023.9140045
Fornito dalla Tsinghua University Press
