Un nuovo catalizzatore bifunzionale consente nuove applicazioni
"Attivazione" di molecole da parte di catalizzatori con due siti reattivi
In un recente numero del Journal of the American Chemical Society, il team guidato dai professori Johannes Teichert (cattedra di Chimica organica) e Martin Breugst (cattedra di Chimica organica teorica) della Chemnitz University of Technology presenta i risultati delle proprie ricerche sulla cosiddetta "catalisi sito-selettiva". "Questo tipo di selettività può essere realizzato solo molto raramente, in quanto rappresenta una sfida importante: la differenziazione di siti reattivi diversi ma molto simili all'interno di una molecola. Questo tipo di reazione è ispirato dalla natura, in quanto gli enzimi possono spesso consentire queste reazioni sito-selettive con elevata precisione. Tuttavia, è molto difficile riprodurlo con un catalizzatore creato dall'uomo, poiché la precisione di adattamento dei composti artificiali spesso non è sufficientemente elevata", spiega Teichert.
Il catalizzatore a doppia reattività distingue tra diverse ammidi
Nella pubblicazione, il team di ricerca di Chemnitz descrive come un cosiddetto "catalizzatore bifunzionale" possa essere utilizzato per distinguere tra subunità strutturalmente molto correlate delle molecole, ovvero due ammidi. Bifunzionale significa che due subunità reattive lavorano insieme nel catalizzatore: una è responsabile del riconoscimento della rispettiva ammide, mentre l'altra esegue la reazione vera e propria, la cosiddetta riduzione, direttamente sull'ammide riconosciuta. Tuttavia, è importante notare che le due subunità sono efficaci solo se si trovano in prossimità l'una dell'altra, cioè se sono collegate tra loro nella stessa molecola.
A sottolineare ulteriormente l'importanza del lavoro attuale è il fatto che nessun altro catalizzatore o reagente è stato finora in grado di distinguere tra diverse ammidi. In questo processo, i ricercatori della Chemnitz University of Technology sono stati in grado di identificare diverse cosiddette "ammidi privilegiate", ognuna delle quali è controllata in modo preferenziale dal catalizzatore, anche se altre ammidi sono presenti nella stessa molecola. Mentre queste "ammidi privilegiate" vengono convertite rapidamente dal catalizzatore, le "ammidi non privilegiate" non reagiscono affatto o solo molto lentamente. Questa è la scoperta chiave che il dottorando Dimitrios-Ioannis Tzaras del gruppo di lavoro di Chimica organica ha scoperto durante il suo lavoro di ricerca.
Interazione tra esperimento e teoria
Oltre agli esperimenti, anche i calcoli di meccanica quantistica effettuati dal gruppo di ricerca del Prof. Breugst sono stati cruciali per una prima comprensione fondamentale. "Questi calcoli sono un pezzo importante del puzzle quando si tratta di spiegare la causa della selettività dei siti rari, senza i quali mancherebbero importanti scoperte", afferma Breugst a proposito del lavoro congiunto.
Possibili applicazioni nella ricerca sui farmaci o nella chimica sostenibile
Le ammidi sono importanti elementi costitutivi sia dei principi attivi che dei materiali, per cui questo lavoro fornisce importanti spunti per una produzione più semplice di molecole biologicamente attive complesse o, ad esempio, per un riciclaggio altamente efficiente della plastica con idrogeno sostenibile. "Continueremo a ricercare attivamente in questa direzione in particolare in futuro", afferma Teichert.
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