Il corannulene è un idrocarburo aromatico policiclico a forma di ciotola con uno scheletro di atomi di carbonio legati equivalente a un segmento del buckminsterfullerene o "buckyball", una struttura simile a un pallone da calcio di 60 atomi di carbonio. Questa somiglianza con il buckyball ha portato il corannulene a essere soprannominato il "buckybowl". I chimici sono interessati al potenziale chimico dei corannulene come catalizzatori e alle applicazioni delle nanotecnologie, ma esplorare il potenziale di queste molecole è complicato perché si invertono rapidamente tra le loro forme speculari o "chirali" (Fig. 1).

Daigo Miyajima e colleghi del RIKEN Center for Emergent Matter Science, in collaborazione con i colleghi dell'Università di Tokyo e dell'Università di Osaka, hanno ora sviluppato una strategia di progettazione molecolare che consente loro di "desimmetrizzare" l'equilibrio di inversione del corannulene, risultando in soluzioni arricchite in una delle sue forme chirali. Il risultato segna un passo importante verso la capacità di lavorare con e forse isolare le singole forme chirali per esplorare i loro possibili usi. "Per esempio, se possiamo desimmetrizzare e produrre complessi corannulene con metalli di transizione, potrebbe essere possibile sviluppare catalizzatori asimmetrici con caratteristiche uniche dovute alla struttura a coppa del corannulene, " spiega Miyajima.

La chiave per influenzare il processo di inversione era aggiungere diversi gruppi chimici che possono interagire attraverso il legame idrogeno intramolecolare, per cui gli atomi di idrogeno con una leggera carica positiva sono attratti da altri atomi con una leggera carica negativa. Queste forze di attrazione all'interno di ciascuna molecola stabilizzano la coppa del corannulene in una delle sue versioni chirali stabilendo una preferenza termodinamica per la forma chirale che consente a tutte le unità interagenti di essere legate contemporaneamente a idrogeno.

Sebbene un risultato significativo, questa desimmetrizzazione dell'equilibrio del corannulene è solo parziale. La conversione tra le due forme non viene fermata del tutto, ma semplicemente rallentata e fatta privilegiare una forma rispetto all'altra. La prossima sfida per il team di ricerca è quella di trovare modifiche che possano fermare completamente la conversione e magari consentire solo una delle strutture a vaso stabilizzato di essere purificata e utilizzata in completa assenza del suo partner invertito.

Ci sono numerosi incentivi per raggiungere la purezza chirale dei corannulene oltre alle applicazioni dei catalizzatori. "Altri ricercatori stanno lavorando all'utilizzo di corannulene per produrre nanotubi di carbonio, "dice Miyajima, "e quindi la nostra ricerca può contribuire alla sintesi di nanotubi selettivi per la chiralità". Poiché l'asimmetria chirale è fondamentale per molte reazioni chimiche precise, l'arricchimento selettivo dei nanotubi favorendo una chiralità potrebbe aprire nuove possibilità nella nanotecnologia.