Nel laboratorio, un catalizzatore separa molecole speculari

Prendete un guanto destro e uno sinistro e metteteli fianco a fianco. Stessi materiali, stessa taglia, eppure uno non entra nell'altra mano. Anche le molecole possono comportarsi allo stesso modo, e per i chimici è un vero grattacapo. Le molecole speculari, chiamate enantiomeri, sono così simili che i metodi di separazione standard faticano a dividerle. Un team in Giappone riferisce ora, sulla rivista Science Advances, di aver separato una miscela in parti uguali di tali molecole speculari, ottenute sostituendo l'idrogeno con deuterio in una delle due forme.

Il deuterio è un parente più pesante dell'idrogeno: il suo nucleo contiene un protone e un neutrone. Sostituire l'idrogeno con il deuterio può modificare leggermente le proprietà di una molecola, ed è per questo che queste molecole marcate sono utili nello sviluppo di farmaci e nell'ingegneria dei materiali. La difficoltà è che le due forme speculari restano quasi identiche. Gli strumenti disponibili erano deboli. La spettroscopia, che sfrutta la risonanza magnetica nucleare (NMR), permette di distinguere queste molecole, ma secondo gli autori questi metodi sono soprattutto analitici e non offrono una via pratica per separarle. La cromatografia specializzata ha dato una separazione scarsa, e un tentativo che ha funzionato meglio ha richiesto 65 passaggi attraverso un sistema di cromatografia a ricircolo. Così i ricercatori hanno per lo più costruito queste molecole con una sintesi attentamente controllata, anziché separare miscele già esistenti.

L'idea del team era sfruttare l'unica differenza introdotta dal deuterio. Un legame carbonio-deuterio è più difficile da rompere di un legame carbonio-idrogeno, e gli autori definiscono questa differenza «l'unico appiglio energetico disponibile» per distinguere le due forme. L'hanno combinata con la preferenza di un catalizzatore per un orientamento molecolare. Il risultato è stato un catalizzatore a base di rutenio che reagisce con una forma speculare più velocemente dell'altra. Nei test sul 2-etilnaftalene, usando una reazione che aggiunge un gruppo contenente azoto, il materiale recuperato sarebbe contenuto per oltre il 99,9% in una forma. In un test con un'altra molecola, una forma ha reagito 83 volte più velocemente dell'altra.

Queste cifre hanno limiti reali. La maggior parte dei valori di arricchimento è stata dedotta dai prodotti di reazione, non misurata direttamente nelle molecole recuperate. L'unica verifica indipendente, che ha convertito un campione e poi eseguito una NMR, ha dato un rapporto misurato di 93:7 contro un rapporto previsto di 94:6, una corrispondenza stretta che sostiene le stime. Le prestazioni variano anche sensibilmente con la struttura molecolare, e alcuni composti si sono separati meno efficacemente. Il metodo è un punto di partenza, non un processo di produzione concluso.

Per la ricerca farmaceutica, il vantaggio pratico sarebbe una fornitura più rapida di building block marcati con isotopi, cioè i pezzi di partenza che i chimici assemblano per costruire i farmaci. Una delle molecole testate serve a produrre il tofogliflozin, un farmaco per il diabete, ed è stata separata con successo in questi test. Gli autori affermano che il metodo necessita di ulteriori test, e l'articolo non indica una tempistica per l'eventuale adozione nei laboratori. Per ora il cambiamento è concreto per i chimici: una strada che potrebbe sostituire parte della lenta sintesi controllata su cui oggi fanno affidamento, una volta dimostrata al di là di questi esempi di laboratorio.