Dopo un lavoro di revisione durato quasi un anno, a settembre 2024 la rivista Nature ha pubblicato un’interessante ricerca proposta da un gruppo di studiosi giapponesi: quattro ricercatori della Hokkaido University hanno costruito una molecola che contiene un particolare legame tra due atomi di carbonio.
Sia Nature che gli stessi ricercatori hanno dato la notizia con molta enfasi e anche la stampa più generalista ha cavalcato quest’onda di euforia, parlando addirittura di libri di scuola da riscrivere.
Prima di procedere con i dettagli dello studio, un disclaimer per non essere frainteso: da chimico che apprezza leggere le nuove frontiere della chimica organica, mi sono goduto ogni singola parola dell’articolo e mi sono a tratti esaltato per l’eleganza dell’approccio proposto dai giapponesi. Da qui a proporre una rivoluzione nella chimica, però, ce ne passa.
(Quasi) Sempre due ci sono, né più, né meno
Quando due atomi si incontrano, mettono a disposizione il loro corredo di elettroni: nel formare un legame covalente, ogni atomo usa uno dei propri elettroni condividendolo con l’altro. Il conto è facile: a un legame corrispondono due elettroni condivisi. Già nel 1931, però, Linus Pauling aveva ipotizzato l’esistenza di un legame diverso, più debole e sfuggente: una situazione in cui due atomi condividessero un solo elettrone. I calcoli di Pauling erano corretti, almeno dal punto di vista matematico, ma arrivare a una dimostrazione pratica non è stato facile. Tra la fine del Novecento e il 2022, alcuni gruppi di ricerca hanno costretto atomi di fosforo, boro, alluminio e altri metalli a formare un legame a singolo elettrone, ma in questa lista mancava l’atomo per eccellenza: il carbonio.
L’approccio dei giapponesi
Per spingere due atomi di carbonio a condividere un solo elettrone, i ricercatori giapponesi hanno dovuto creare una molecola ad hoc, come quella nell’immagine sotto.
Gli atomi segnalati come C1 e C2 sono costretti in uno scheletro molecolare così rigido che impedisce loro di muoversi e si trovano quindi in un limbo: troppo lontani per legarsi con forza, troppo vicini per non interagire. In questa condizione formano un legame covalente standard (molecola a sinistra) piuttosto debole a cui i ricercatori sono stati capaci di togliere un solo elettrone, producendo un oggetto che contiene il tanto ricercato legame carbonio-carbonio a singolo elettrone. L’articolo dei giapponesi contiene una serie di prove molto solide con cui hanno dimostrato, oltre ogni ragionevole dubbio, di aver effettivamente ottenuto la molecola disegnata.
Questa molecola è ora come un neonato: bellissima e con tutto il suo potenziale da esprimere. Sarà molto difficile, in ogni caso, vedere la molecola e il legame a singolo elettrone nelle scuole: nel marasma in cui vive la didattica della chimica, questa scoperta potrebbe diventare al massimo un’interessante curiosità.
L’augurio di non finire nel sottosopra della chimica
Esistono molte molecole strane, come avevamo già discusso nel numero di Sapere di aprile 2023: nel nostro articolo avevamo immaginato l’esistenza di un sottosopra della chimica, un mondo in cui il bello viene prima dell’utile e dove i profeti dell’inutile diventano maestri di vita. In questo momento, la molecola prodotta dai giapponesi è bellissima e affascinante, con il suo legame a un elettrone, ma non possiamo sapere in quali strade ci sta conducendo. Forse otterremo materiali dalle capacità uniche, forse scopriremo nuove categorie di reazioni, forse potremo capire meglio il complesso mondo della chimica biologica. O forse rimarremo tra qualche decennio a guardare questa struttura unica, ammaliati dal suo inutile fascino molecolare.
Immagine di copertina: @ David King – Flickr
Immagine nel testo: fonte Nature
