Catalizzatore fotoresponsivo inverte la chiralità dei propri prodotti con un flash luminoso

Catalisi (dal verbo greco καταλύειν, che significa rompere, sciogliere): è un fenomeno chimico attraverso il quale la velocità di una reazione chimica subisce delle variazioni per l'intervento di una sostanza (o una miscela di sostanze) detta catalizzatore, che non viene consumata dal procedere della reazione stessa.

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La catalisi è il più delle volte fondamentale perché la reazione possa procedere in tempi umani, cioè in giorni anziché secoli, meglio ancora se in ore o minuti. Certe volte, senza catalizzatore, la reazione in questione non procederebbe nemmeno in millenni. Per tutte queste ragioni, la nostra stessa esistenza dipende da innumerevoli fenomeni di catalisi chimica mediata da enzimi e ribozimi, come saprà chi conosce le basi della biochimica. Ed infatti i sommi maestri di catalisi sono le cellule, in grado di modulare finemente la velocità di reazione ed addirittura la tipologia di reazione condotta dallo stesso enzima! Insomma, le cellule hanno un controllo spaventoso sul proprio macchinario catalitico.

Con la chimica da laboratorio, la situazione è differente. Innanzitutto perché non abbiamo a che fare con un ambiente di reazione di 37°C ed un sistema complesso di macromolecole che si modulano vicendevolmente, ma anche perché, come spiega Ben Feringa, "tipicamente, quando progettiamo un nuovo catalizzatore, lo concepiamo per condurre una singola reazione". Questo nuovo paper pubblicato su JAC, è firmato proprio da Feringa, vincitore del Nobel per la chimica nel 2016, oltre che da Stefano F. Pizzolato ed il team dell'università di Groningen.

"Noi volevamo progettare, per una volta, un catalizzatore adattivo."

Per riuscire nell'ambizioso obiettivo, il gruppo di Feringa ha combinato un motore molecolare con un catalizzatore chirale molto noto in sintesi, soprattutto tra chi si cimenta in sintesi asimmetrica. Il risultato è un catalizzatore che può mutare la propria chiralità con un lampo di luce e che, con la stessa facilità, è in grado di fornire prodotti stereochimicamente differenti.

Questo ibrido è chiaramente ispirato al cosiddetto BINOL (1,1'-Bi-2-naftolo), un catalizzatore organico la cui utilità in sintesi asimmetrica si fonda sulla propria chiralità assiale, quel tipo di chiralità che si ottiene dall'arrangiamento non-planare dei gruppi funzionali attorno ad un asse. La molecola di Feringa contiene un gruppo bisfenolico con una chiralità assiale fondata su un nucleo rigido che ruota quando colpito dalla luce ultravioletta. A causa della ravvicinata fusione di questi due elementi, invertire l'elicità attorno all'asse, comporta anche un mutamento nella chiralità del bisfenolo. Quest'ultimo coordina infine con uno ione zinco per formare il catalizzatore attivo.

Come test iniziale, i chimici hanno testato il catalizzatore in una 1,2-addizione organometallica per ottenere differenti stereoisomeri. Il catalizzatore rappresenta "una reale conquista nell'accoppiamento dinamico di vari tipi di chiralità convolute", spiega Nicolas Giuseppone, chimico organico dell'Università di Strasburgo. Alberto Credi, dell'Università di Bologna, aggiunge:

"Questo dimostra chiaramente che i catalizzatori chirali invertibili possono essere ottenuti mediante l'integrazione razionale di unità funzionali con ben definite proprietà stereochimiche. Un approccio del genere potrebbe essere, in linea di principio, applicato a tutta una serie di strutture biariliche differenti"

... e quindi a tutta una serie di catalizzatori differenti, utili ad una pletora di reazioni infine facilmente modulabili.

Feringa è d'accordo, ma ammette:

"Non so dove questo genere di catalizzatori troveranno le applicazioni più utili."

c&en: Catalyst chirality switched with a flash of light

Wikipedia: Catalisi