Nobel per la Chimica 2016 alle macchine molecolari

Ricordate il film Viaggio allucinante, in cui un’equipe veniva miniaturizzata per andare a rimuovere un embolo direttamente dentro al corpo del paziente? Si tratta di uno scenario da fantascienza (non a caso era coinvolto Isaac Asimov) che però potrebbe non essere più così lontano. Gli scienziati non hanno inventato un sistema per miniaturizzare loro stessi e una navicella, ma hanno scoperto come poter costruire macchine molecolari, capaci di operare su scala micrometrica e nanometrica. È per «la progettazione e la sintesi di macchine molecolari» che Jean-Paul Sauvage, Fraser Stoddard e Bernard Faringa hanno ricevuto il Nobel per la Chimica 2016.

Nel 1983 il francese Jean-Paul Sauvage è il primo scienziato a unire due molecole di forma circolare come due anelli di una catena. È la prima volta che due molecole sono legate tra loro da un legame meccanico e non da un legame chimico. Nella struttura studiata da Sauvage, e chiamata catenano, infatti non ci sono legami chimici, e le molecole hanno una relativa libertà l’una rispetto all’altra. Questa libertà è una caratteristica fondamentale se si vuole che i macchinari possano svolgere una funzione.

Più nel dettaglio, quello che Sauvage e il suo gruppo di ricerca sono riusciti a fare è stato letteralmente costruire una molecola a forma di anello e una molecola a forma di mezzaluna, in modo che entrambe fossero attratte da uno ione rame. In una fase successiva, i ricercatori sono riusciti a unire la molecola a mezzaluna con un’altra simile, chiudendo così il secondo anello. A questo punto, lo ione rame è stato tolto, poiché la struttura dei due anelli intersecati non aveva più bisogno di un legame chimico per rimanere insieme.

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Schema di realizzazione del catenano di Sauvage (Immagine: Nobel Prize Foundation)

All’inizio degli anni Novanta, il britannico Fraser Stottard fa un passo avanti. Riesce a infilare un anello molecolare su di un asse, anch’esso in scala molecolare. La struttura realizzata è tale per cui all’applicazione di una quantità di energia, l’anello si muove lungo l’asse. Si tratta di un elemento anch’esso fondamentale nella realizzazione delle macchine e che viene battezzato rotaxone: non solo una molecola ha una certa libertà di movimento rispetto all’altra, ma quando si muove lo fa in una direzione prestabilita. Siamo di fronte al primo “ascensore o muscolo molecolare”, un elemento che è al centro dei circuiti elettronici usati nei computer molecolari che si stanno testando nei laboratori del mondo.

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L’ascensore molecolare di Stoddard (Immagine: Nobel Prize Foundation)

L’ultimo passaggio è opera del terzo premiato, l’olandese Bernard Feringa. Nel 1999 è riuscito a realizzare una pala di dimensioni molecolari in grado di ruotare continuamente nella stessa direzione. Un po’ come un anello che ruota attorno a un asse filettato. L’aspetto straordinario è la capacità di questa piccola macchina di spostare oggetti molto più grandi lei, come Feringa è riuscito a fare con un cilindro di vetro 10 mila volte più grande della sua macchina.

I tre premiati, che condividono in parti uguali il premio, hanno aperto la strada a qualcosa di completamente nuovo. Non si tratta più (solamente) di studiare come un determinato sistema tenda a ritornare a uno stato di equilibrio, ma avere a disposizione strumenti (macchine) che con l’apporto di una quantità di energia possono modificare l’equilibrio di un sistema. Non è lo scenario da Viaggio allucinante, ma è una rivoluzione della chimica.

Sul premio Nobel per la Chimica 2016 segnaliamo l’intervista rilasciata da Vincenzo Balzani a LaRepubblica, che potete trovare a questo link.

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