Chimica

Chimica (21)



Gli enzimi polifenol-ossidasi (PPO), presenti in quasi tutte le specie vegetali, sono responsabili dell’imbrunimento enzimatico di molti prodotti alimentari. Per il frumento, l’imbrunimento delle farine è giudicato negativamente dai consumatori. Attualmente, infatti, sebbene la colorazione scura delle paste, dei pani e dei prodotti da forno sia accettata dai consumatori in quando derivati dall’utilizzo di sfarinati integrali e ricchi di fibre, per i prodotti raffinati, la colorazione scura è indicativa di un prodotto di scarsa qualità.

Utilizzando oltre 200 frumenti rappresentativi di specie selvatiche, di specie addomesticate (come il farro, il frumento turanico, polonico, turgido ed il frumento cartlico, detto anche persiano), di ecotipi locali e di varietà di frumento duro coltivate in Italia nell’ultimo secolo, i ricercatori dell'Istituto di bioscienze e biorisorse (Ibbr) del Consiglio Nazionale delle Ricerche, e del CREA, Centro di ricerca Cerealicoltura e Colture Industriali, hanno compreso che le PPO hanno avuto un ruolo nel processo evolutivo del frumento.

Immagine: Esempi di emulsioni multiple contenti tre (sinistra) e quattro (destra) gocce il cui moto è guidato da vortici di fluido prodotti all’interno della goccia più grande.

 


Osservato un nuovo esempio di materia soffice composto da gocce di fluido in miniatura incapsulate in una goccia più grande. Simulazioni al computer hanno mostrato le gocce muoversi come in una sorta di balletto. Lo studio, coordinato dall'Istituto italiano di tecnologia, svolto in collaborazione con l’Istituto per le applicazioni del calcolo del Consiglio nazionale delle ricerche e l'Università di Harvard, promette diverse ricadute, dalla scienza dei materiali alla medicina e farmaceutica. I risultati sono pubblicati su Nature Communications “Comprendere il comportamento della materia soffice rappresenta una delle sfide più importanti ed interdisciplinari della scienza moderna che porterà applicazioni tecnologiche innovative in diversi campi”.

A parlare è Adriano Tiribocchi, ricercatore dell’Istituto italiano di tecnologia (Iit) che sul tema, insieme ai colleghi dell’Istituto di applicazione del calcolo 'Mauro Picone' del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iac), di cui è associato, e dell’Università di Harvard, ha firmato un lavoro pubblicato rivista Nature Communications. Il lavoro è stato supportato dall’European Research Council attraverso l’Advanced Grant Copmat, di cui è titolare Sauro Succi, responsabile del Mesoscale Simulations Lab dell’Iit, dove lavora anche Tiribocchi.

 


Uno studio, pubblicato su Nature Communications, descrive una nuova sintesi della fosfina (PH3) a partire dagli elementi in condizioni di alta pressione e alta temperatura in assenza di catalizzatori.
Lo studio dimostra inoltre che, a pressione ancora più alta e a temperatura ambiente, PH3 e idrogeno molecolare (H2) formano un composto cristallino di formula (PH3)2H2, che non era mai stato osservato fino ad ora per nessuno degli elementi del gruppo 15 della tavola periodica La tavola periodica degli elementi di Mendeleev ha ancora qualcosa da svelare quando il comportamento della materia viene studiato in condizioni estreme di pressione e temperatura.

Ad esempio, mentre a pressione ambiente il comportamento di carbonio, azoto e ossigeno (C, N e O, primi elementi dei gruppi 14, 15 e 16) differisce molto da quello di silicio, fosforo e zolfo (Si, P e S, elementi corrispondenti al periodo successivo dello stesso gruppo), sia per gli stati fondamentali che per la loro reattività, ad alta pressione queste differenze tendono ad assottigliarsi, mettendo in evidenza comportamenti simili all’interno del gruppo. Ad esempio, la sintesi catalitica dell’ammoniaca (NH3) a partire da azoto (N2) e idrogeno (H2), alla base del processo di Haber-Bosch, è una delle reazioni più importanti per l’umanità, avendo permesso la produzione dei fertilizzanti a partire dall’azoto atmosferico. Tuttavia, nonostante fosse stata ricercata a lungo, finora non era mai stata osservata una reazione analoga del fosforo (l’elemento successivo all’azoto all’interno del gruppo 15) con l’idrogeno (H2), che portasse alla formazione di fosfina (PH3).



Il passaggio a un’economia basata su fonti di energia rinnovabile richiede l’utilizzo di metodi elettrochimici per convertire l’energia elettrica in energia chimica e in materie prime. Un gruppo di ricercatori del Politecnico di Berlino, del Politecnico di Zurigo, dell’Istituto officina dei materiali del Consiglio nazionale delle ricerche di Trieste e guidato dall’Istituto Fritz Haber di Berlino ha scoperto il meccanismo di reazione di uno dei colli di bottiglia di questi processi, la reazione di evoluzione di ossigeno. Lo studio è pubblicato su Nature. 

Uno dei tasselli fondamentali nella transizione a un’economia basata su fonti energetiche rinnovabili è lo sviluppo di nuovi materiali per l’evoluzione elettrocatalitica dell’ossigeno, momento cruciale nell’elettrolisi dell’acqua. L’elettrolisi è un processo che utilizza energia elettrica per scindere l’acqua nei sui elementi costitutivi, ossigeno e idrogeno, tramite reazioni chimiche. Queste reazioni avvengono sulla superficie dei catalizzatori, elementi che si usano per accelerare o favorire una reazione chimica. In uno studio pubblicato su Nature, il gruppo composto da ricercatori dell’Istituto officina dei materiali del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iom), con sede in Area Science Park, Politecnico di Berlino, Politecnico di Zurigo e Istituto Fritz Haber di Berlino, spiega il funzionamento di una delle migliori classi di catalizzatori per la reazione di evoluzione dell’ossigeno: gli ossidi di iridio.



Meccanismo di formazione della molecola perfluorurata modello, fotocatalizzata dal materiale am-CN

 

Uno studio guidato dall’Università di Trieste e pubblicato su Science Advances ha messo a punto un materiale che, sfruttando la luce solare, è in grado di sintetizzare molecole ad alto valore industriale. Lo studio propone una tecnica che evita l’utilizzo di metalli costosi, tossici e non riciclabili, aprendo la strada ad una industria chimica sostenibile e dai costi moderati.

Una ricerca guidata dall’Università di Trieste e pubblicata oggi sulla rivista scientifica Science Advances, ha messo a punto un materiale a base di nitruro di carbonio che ha caratteristiche adatte ad un utilizzo per tecniche di fotocatalisi: sfruttando l’energia proveniente da una radiazione luminosa, il materiale attiva reazioni chimiche che portano alla formazione di molecole ad alto valore industriale senza l’utilizzo di metalli tossici e costosi. Si tratta di molecole di grande importanza, perché potenzialmente utili a migliorare le prestazioni dei dispositivi a cristalli liquidi, come gli schermi di PC, TV o smartphone.


Un nuovo studio numerico, risultato di una collaborazione tra la Sapienza Università di Roma e la Princeton University, ha dimostrato per la prima volta l’esistenza di due diverse forme di acqua, ovvero di due distinte fasi liquide che a bassissime temperature si separano, galleggiando l’una sull’altra. Il lavoro, pubblicato sulla rivista Science, apre nuove strade alla comprensione dei misteri legati al liquido della vita
Ogni liquido assume la forma del contenitore che lo accoglie. Sappiamo che è così perché riusciamo a osservarlo direttamente con i nostri occhi. Eppure questa affermazione vale solo a livello macroscopico. A livello molecolare infatti ogni liquido ha una forma propria determinata dalla posizione spaziale in cui si dispongono le molecole che lo compongono.

L'acqua, il liquido della vita, potrebbe invece essere differente e avere, non una, ma bensì due forme molecolari diverse: una forma in cui localmente ogni molecola è circondata da quattro altre molecole disposte con una geometria tetraedrica (ordinata) e con le quali forma dei legami particolarmente intensi (i legami idrogeno), e una in cui la struttura tetraedrica invece è significativamente distorta, ovvero una configurazione più disordinata, in cui alcune molecole formano solo tre o cinque legami idrogeno.


Dotare la materia solida della massima mobilità possibile, senza modificare la sua struttura e con l’uso di basse temperature, per poterla gestire e controllare più facilmente per nuove applicazioni.

Questo è il risultato della ricerca “Fast motion of molecular rotors in metal–organic framework struts at very low temperatures” coordinata da Piero Sozzani e Angiolina Comotti, docenti di Chimica macromolecolare, con il contributo di Jacopo Perego, Mattia Negroni e Charl Bezudenhout, assegnisti di ricerca, tutti afferenti al Dipartimento di Scienza dei materiali di Milano-Bicocca. La ricerca, realizzata in collaborazione con l’Università di Pavia, è appena stata pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature Chemistry.

Per la prima volta, il team di ricercatori ha sintetizzato un solido contenente rotori molecolari con una mobilità mai registrata prima, gestibile anche alle bassissime temperature (- 271°).

Dotare la materia di una dinamica interna pari a quella dei liquidi è un tema fondante della ricerca nel campo dei materiali. Molte funzioni ed applicazioni, sono infatti precluse per i sistemi rigidi e statici. Le proprietà dinamiche richieste devono però potersi stabilire senza sacrificare la solidità e robustezza del materiale nel suo insieme.


Un interruttore molecolare può “respirare”, cioè assorbire anidride carbonica e rilasciarla in maniera controllata, per essere riutilizzata o trasformata in prodotti di più alto valore aggiunto: è questo il risultato di un innovativo progetto internazionale realizzato dal gruppo di ricercatori guidato da Angiolina Comotti, professore ordinario presso il dipartimento di Scienza dei materiali dell’Università di Milano-Bicocca (www.mater.unimib.it), in collaborazione con il team del professor Sander Wezenberg e del Premio Nobel Ben Feringa dell’Università di Groningen.

Il progetto di ricerca, pubblicato sulla rivista Nature Chemistry (DOI: https://doi.org/10.1038/s41557-020-0493-5), nasce con l’intento di realizzare materiali che siano in grado di rispondere ad un nostro stimolo per eseguire una determinata azione. Come un comune interruttore comporta l’accensione di un apparato e permette di comandarlo, così l’interruttore molecolare (sulla scala nanometrica) deve essere sensibile al nostro comando per avviare un’azione utile.

Immagine del cristallo che cattura la luce

 


Come una foglia artificiale, un cristallo, in cui sono integrati motori molecolari e molecole fotosensibili, può catturare la luce e trasformarla in energia, utile a generare un moto rotatorio unidirezionale.

E’ questo il risultato dello studio condotto dal gruppo di ricercatori guidato da Angiolina Comotti, Professore Ordinario presso il Dipartimento di Scienza dei materiali dell’Università di Milano-Bicocca (www.mater.unimib.it), in collaborazione con il team del Professor Ben Feringa dell’Università di Groningen, Premio Nobel nel 2016 per la scoperta delle macchine molecolari.

La ricerca internazionale, pubblicata su “Journal of American Chemical Society” (doi.org/10.1021/jacs.0c03063), rappresenta un approccio innovativo poiché consente di attivare un motore molecolare, sfruttando una fonte di energia largamente disponibile, qual è la luce visibile. Si garantisce in questo modo un processo energeticamente sostenibile.



Lo studio, condotto da un team di ricerca del Consiglio nazionale delle ricerche (Ibe, Ismn), è pubblicato su Processes. Se saranno confermate le indagini preliminari sul ruolo di tali molecole contro il Covid-19, la metodologia per cavitazione idrodinamica sviluppata dal Cnr potrebbe renderle disponibili su vasta scala.

 Uno studio coordinato da ricercatori del Consiglio nazionale delle ricerche del HCT-Agrifood Laboratory dell’Istituto per la bioeconomia (Cnr-Ibe) e dell’Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati (Cnr-Ismn) - dal titolo “Review of Evidence Available on Hesperidin-Rich Products as Potential Tools against Covid-19 and Hydrodynamic Cavitation-Based Extraction as a Method of Increasing Their Production”- pubblicato dalla rivista Processes, oltre a passare in rassegna gli studi sul ruolo dei flavonoidi presenti nelle bucce degli agrumi rispetto all’insorgenza dell’infezione causata dal virus Sars-Cov-2 e delle sovra-reazioni del sistema immunitario, propone un metodo per la produzione su vasta scala di estratti liquidi e compresse ricche in esperidina, naringina e altri flavonoidi e oli essenziali degli agrumi.

 

Scienzaonline con sottotitolo Sciencenew  - Periodico
Autorizzazioni del Tribunale di Roma – diffusioni:
telematica quotidiana 229/2006 del 08/06/2006
mensile per mezzo stampa 293/2003 del 07/07/2003
Scienceonline, Autorizzazione del Tribunale di Roma 228/2006 del 29/05/06
Pubblicato a Roma – Via A. De Viti de Marco, 50 – Direttore Responsabile Guido Donati

Photo Gallery