La teoria della densità elettronica molecolare come nuovo paradigma della chimica organica Una ricercatrice ha promosso il riconoscimento della teoria della densità elettronica molecolare come standard per spiegare la reattività delle molecole organiche. Ricerca di base © HSSstudio/Shutterstock.com Il vostro libro di testo di chimica organica è sbagliato. «La maggior parte di questi libri di testo spiega perché e come avvengono le reazioni organiche utilizzando concetti chimici e un simbolismo sviluppati all’inizio del XX secolo», spiega Mar Ríos-Gutiérrez, professoressa di Chimica organica presso l’Università di Valencia. Da allora è cresciuto l’interesse per la spiegazione della chimica attraverso la densità degli elettroni. Questa tendenza è stata formalizzata dalla teoria della densità elettronica molecolare (MEDT, Molecular Electron Density Theory), secondo la quale i cambiamenti nella densità degli elettroni molecolari, e non le interazioni degli orbitali molecolari, sono responsabili della reattività delle molecole organiche. «Sebbene i risultati ottenuti applicando questo nuovo paradigma interpretativo contraddicano le spiegazioni classiche della chimica organica, queste ultime persistono in molti libri di testo e anche in articoli di ricerca recenti», aggiunge Ríos-Gutiérrez. Decidendo che era giunto il momento di una revisione, Ríos-Gutiérrez ha deciso di ridefinire i vecchi concetti per allinearli all’analisi della densità elettronica molecolare. Con il sostegno del progetto Extending MEDT, finanziato dall’UE, il suo obiettivo era quello di convincere una comunità di chimici più vasta a utilizzare la teoria MEDT. I risultati hanno scosso il cuore della chimica organica. Sfidare i presupposti tradizionali della chimica organica Utilizzando la teoria MEDT e nuovi strumenti quantistico-chimici basati sulla densità elettronica, Ríos-Gutiérrez ha messo in discussione i tre principali pilastri della chimica organica, ossia il meccanismo periciclico, l’aromaticità delle strutture degli stati di transizione e i meccanismi delle reazioni di cicloaddizione [3+2], erroneamente denominate cicloaddizioni 1,3-dipolari. «Abbiamo scoperto che alcune delle reazioni organiche più importanti, come le sostituzioni nucleofile aromatiche e le reazioni di cicloaddizione, sono non concertate, il che implica che i cambiamenti di legame non sono simultanei, ma sequenziali», spiega Ríos-Gutiérrez. «Questa scoperta mette in discussione l’ipotesi tradizionale che le reazioni monofase siano concertate.» Un altro risultato importante è stato quello di classificare le reazioni organiche come flusso di densità elettronica in avanti, inverso o nullo. La classificazione è stata effettuata in base alla direzione del trasferimento globale di densità di elettroni che si è verificato durante la reazione. «Questa classificazione inequivocabile permette di stabilire senza ambiguità il comportamento dei reagenti in una reazione chimica senza ricorrere alle classificazioni convenzionali», aggiunge la ricercatrice. Una nuova era nell’interpretazione della chimica organica Secondo Ríos-Gutiérrez, questi risultati hanno promosso il riconoscimento della MEDT come standard per spiegare la reattività delle molecole organiche. «Stabilendo una nuova, moderna e più solida razionalizzazione della reattività chimica organica basata sulla densità degli elettroni molecolari, abbiamo inaugurato una nuova era nella comprensione e nell’interpretazione della chimica organica.» Detto questo, Ríos-Gutiérrez si affretta a sottolineare che c’è ancora molto lavoro da fare. «Ci sono molti gruppi che applicano ancora interpretazioni obsolete», osserva l’autrice. «Per questo motivo continuo a impegnarmi nello sviluppo e nella divulgazione della teoria MEDT come nuovo paradigma della chimica organica.» La ricerca di Ríos-Gutiérrez è stata intrapresa con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie. Parole chiave Extending MEDT, chimica organica, teoria della densità elettronica molecolare, MEDT, chimica, molecole organiche, reazione chimica
