La chimica moderna è sempre più chiamata a sviluppare processi che siano non solo efficaci, ma anche sostenibili e rispettosi dell’ambiente. Una delle sfide principali è costruire molecole complesse – quelle che spesso diventano nuovi farmaci – evitando l’uso di metalli pesanti o sostanze tossiche.
La luce è una risorsa straordinaria per la chimica: è gratuita, inesauribile e può innescare reazioni che altrimenti richiederebbero molta energia. Fino ad oggi, però, sfruttare appieno questo potenziale non era semplice, perché molte molecole organiche reagiscono solo in forme non controllabili o poco selettive.
Lo studio pubblicato sulla rivista Nature Chemistry e coordinato Luca Dell’Amico, docente al Dipartimento di Scienze Chimiche dell’Università di Padova, nasce con l’obiettivo di capire come rendere la luce un alleato per costruire molecole chirali, cioè strutture tridimensionali che possano esistere in due versioni speculari (come la mano destra e la mano sinistra). Questa differenza, apparentemente minima, è invece fondamentale in farmacologia: un enantiomero – così si chiamano le entità molecolari che sono immagini speculari una dell’altra e non sovrapponibili – può avere effetto terapeutico, mentre l’altro può risultare inattivo o addirittura dannoso.
«Nei nostri laboratori abbiamo studiato e sviluppato nuovi processi sostenibili basati sulla luce, una fonte inesauribile di energia, per costruire molecole di interesse farmaceutico – spiega Luca Dell’Amico, corresponding author dello studio –. In particolare, abbiamo messo a punto innovativi catalizzatori organici: piccole molecole capaci di promuovere reazioni chimiche selettive in modo pulito, senza ricorrere a metalli o reagenti tossici. La sinergia tra la luce e questi organocatalizzatori, unita a uno studio approfondito dei processi chimici coinvolti, ha permesso di ottenere molecole con potenziale attività biologica in modo rapido ed ecologico».
«Grazie a questa scoperta siamo riusciti a sviluppare una reazione che, sfruttando la luce in combinazione con un catalizzatore organico, permette di costruire in un solo passaggio molecole tridimensionali complesse – continua Vasco Corti, primo autore del lavoro e Marie-Curie fellow all’Università di Padova –. Ancora più importante: la reazione produce soltanto una delle due possibili forme speculari della molecola, i cosiddetti enantiomeri. Questa selettività è cruciale, perché le due forme possono avere effetti biologici completamente diversi sull’organismo umano, e saperne ottenere una sola è fondamentale nello sviluppo di nuovi farmaci».
Grazie alla luce e a un piccolo catalizzatore organico, la reazione sviluppata permette di ottenere in un solo passaggio molecole tridimensionali complesse e in forma enantiomericamente pura.
Le applicazioni possibili sono molteplici:
- Farmaci innovativi: poter costruire selettivamente un solo enantiomero rende la sintesi più efficiente e sicura, accelerando la scoperta di nuovi principi attivi.
- Nuovi materiali bioattivi: i ciclobutani e le strutture policicliche generate con questo metodo sono presenti in molecole naturali e farmaci già noti; la scoperta di un modo più pulito per prepararli apre la strada a nuove ricerche in chimica medicinale.
In generale, l’uso esclusivo di luce e catalizzatori organici, senza metalli o additivi tossici, riduce l’impatto ambientale e rende queste metodologie più adatte a una produzione verde aprendo la strada a una chimica più sostenibile.
Il progetto di ricerca pubblicato nasce da una collaborazione tutta italiana che coinvolge, oltre all’Università di Padova, le Università di Pavia, Ferrara e Parma. Questo risultato rappresenta un esempio concreto di come, unendo le competenze presenti in diversi atenei italiani, si possano raggiungere scoperte di frontiera che apriranno nuovi orizzonti nel campo della chimica sostenibile.
Titolo dello studio pubblicato: Triplet state reactivity of iminium ions in organocatalytic asymmetric [2 + 2] photocycloadditions – «Nature Chemistry» – 2025.
Autori: Vasco Corti, Gianluca Simionato, Lorenzo Rizzo, Stefano A. Serapian, Giorgio Pelosi, Mirco Natali e Luca Dell’Amico.
(Fonte: Università di Padova)
