La progettazione di adsorbenti chirali
I composti chirali sono presenti ovunque, in natura. Una molecola è caratterizzata da chiralità se non è sovrapponibile alla sua immagine speculare. In pratica, ciò significa che due molecole possono avere la stessa formula chimica, ma strutture che differiscono in modo sottile ma importante e quindi portano a funzioni diverse. La capacità di separare due diversi enantiomeri con elevata specificità diventa quindi fondamentale per numerose applicazioni rilevanti dal punto di vista industriale del settore alimentare, farmaceutico e delle biotecnologie. Il progetto CHIRAL-MOF ("Development of new chiral adsorbents for enantioselective separations"), finanziato dall'UE, ha indagato a questo scopo le potenzialità di una classe emergente di strutture sopramolecolari a gabbia. Le strutture metallorganiche (MOF, metal-organic framework) sono tra le scoperte più interessanti della scienza dei materiali nanoporosi. Gli esperti di chimica di sintesi collegano i vertici inorganici con molecole organiche leganti, ottenendo un numero potenzialmente illimitato di polimeri di coordinamento porosi. Gli scienziati del progetto CHIRAL-MOF hanno sviluppato strumenti di modellazione e di simulazione molecolare come supporto per la progettazione di nuove MOF per la separazione chirale enantioselettiva. Gli strumenti sono prima stati testati per la previsione dell'adsorbimento di piccole e comuni molecole di gas come anidride carbonica, diossido di zolfo, ossidi nitrici, metano e azoto. I risultati preliminari positivi hanno portato a numerose pubblicazioni. La separazione per adsorbimento di molecole chirali molto più complesse avviene generalmente nella fase liquida. Il team ha quindi adottato approcci sofisticati, come il metodo Monte Carlo a frazione continua, sviluppato per simulare i liquidi ionici, integrati in algoritmi più semplici. Alle MOF non chirali sono stati applicati con successo anche metodi in silico. Gli scienziati hanno studiato la struttura cristallina di due ipotetiche MOF, prevedendone le proprietà di adsorbimento. La sintesi e i test eseguiti in seguito hanno dimostrato proprietà strutturali e di adsorbimento in linea con quelle previste. Il lavoro condotto da CHIRAL-MOF ha aiutato il ricercatore impegnato nel progetto a ottenere una posizione permanente presso l'University College London e ha posto le basi per la futura progettazione basata su conoscenze di MOF chirali impiegabili per la produzione di sostanze farmaceutiche con le caratteristiche di utilità desiderate e prive di tossicità.
Parole chiave
Adsorbente chirale, enantiomeri, enantioselettivo, sopramolecolare, strutture metallorganiche, simulazione, separazione, adsorbimento
