Lo ha scoperto un team di chimici teorici e sperimentali di Scuola Normale, Università di Bologna, Università di Perugia e Politecnico di Milano. Lo studio, pubblicato su Nature Chemistry, è di forte interesse per la comprensione di molti processi biologici, anche della vita primordiale.


PISA, 25 ottobre 2022. L’integrazione tra le competenze chimico-fisiche teoriche e sperimentali dei gruppi di ricerca di quattro Università italiane ha permesso di scoprire nuove potenziali reazioni tra l’ossigeno atomico e i composti contenenti azoto: per la prima volta è stato dimostrato che tali reazioni possono essere governate da effetti quantistici. La ricerca si è concentrata su condizioni chimiche in fase gassosa a bassa temperatura, che sono di importanza fondamentale per l’astrochimica e la chimica dell’atmosfera, a loro volta strettamente collegate a problemi fondamentali quali l’origine della vita ed i cambiamenti climatici. Lo studio è stato pubblicato da Nature Chemistry e potrebbe aprire a una ulteriore comprensione dei meccanismi che regolano molti processi biologici. 

Il team di ricercatori di Scuola Normale Superiore, Università di Bologna, Università di Perugia e Politecnico di Milano ha preso in esame l’“intersystem crossing” (ISC), ovvero il “salto” tra due stati elettronici a molteplicità di spin diversa che avviene più facilmente in presenza di atomi pesanti, quali iodio, bromo e metalli di transizione ed è controllato da quello che viene definito “accoppiamento spin-orbita”.  La ricerca ha permesso di dimostrare in maniera inequivocabile che nella reazione con l’ossigeno atomico, nel confronto tra benzene a piridina (due composti aromatici l’uno non contenente azoto, il benzene, l’altro sì, la piridina),  il contributo dell’ISC aumenta notevolmente, passando dal 30% nel benzene al 98% nella piridina.

“Siamo riusciti a dimostrare per via computazionale i sorprendenti risultati osservati in via sperimentale ovvero l’esistenza di un intersystem crossing dominante, che determina i prodotti principali della reazione tra ossigeno atomico e piridina - è il commento di Silvia Alessandrini, assegnista della Scuola Normale -. Benzene e piridina hanno lo stesso numero di elettroni, il fatto che la piridina contenga azoto e il benzene no ci ha permesso di capire che il fenomeno dell’intersystem crossing era dovuto solo ed esclusivamente all’interazione tra l’atomo di ossigeno e l’atomo di azoto della piridina. L’efficienza dell’ISC nel dominare una reazione era stata prima d’ora dimostrata solo in presenza di atomi pesanti, mentre la reazione studiata questa volta coinvolge solo atomi leggeri, con una forte natura prebiotica”.  

La ricerca, in cui hanno svolto un ruolo chiave la dottoressa Silvia Alessandrini per la parte teorica e il dottor Pedro Recio dell’Università di Perugia per la parte sperimentale, ha coinvolto, oltre che il Laboratorio SMART della Scuola Normale (diretto dal professor Vincenzo Barone), i gruppi dell’Università di Bologna (coordinato dalla professoressa Cristina Puzzarini), dell’Università di Perugia (coordinato dalla professoressa Nadia Balucani) e del Politecnico di Milano (coordinato dal professor Carlo Cavallotti).

Galleria video e immagini