La ricerca del Politecnico di Milano apre una nuova prospettiva nell’utilizzo della CO₂ come fonte di ossigeno per ottenere molecole organiche di interesse industriale.
L’anidride carbonica è conosciuta soprattutto per il suo ruolo nel cambiamento climatico. In laboratorio, però, la CO2 può trasformarsi da problema ambientale a risorsa per sviluppare processi chimici più sicuri e sostenibili.
È quanto mostra uno studio internazionale pubblicato su Science, a cui ha contribuito il Politecnico di Milano con il Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta”. La ricerca apre una nuova prospettiva nell’utilizzo della CO₂: non solo come fonte di carbonio, come già avviene in molte linee di ricerca, ma anche come fonte di ossigeno per la produzione di molecole organiche di interesse industriale.
Il risultato riguarda una trasformazione molto importante in chimica organica: la scissione controllata dei doppi legami carbonio-carbonio presenti negli alcheni. Gli alcheni sono composti ampiamente utilizzati come punto di partenza per produrre intermedi chimici, farmaceutici e materiali avanzati.
Tradizionalmente, per realizzare questo tipo di reazioni si impiegano sostanze ossidanti molto reattive, come l’ozono, oppure metalli pesanti e altri reagenti che possono comportare problemi di sicurezza, costi elevati e produzione di scarti. Il nuovo metodo, invece, sfrutta la CO₂ come donatore di ossigeno, insieme alla luce visibile e a un catalizzatore a base di ferro. La reazione avviene a temperatura ambiente e a pressione atmosferica.
Il cuore del processo è un catalizzatore eterogeneo che contiene atomi isolati di ferro su nitruro di carbonio. Quando viene illuminato, il catalizzatore riesce ad attivare la CO₂, una molecola normalmente molto stabile, e a trasferire i suoi atomi di ossigeno agli alcheni. In questo modo è possibile ottenere chetoni e acidi carbossilici, due famiglie di composti molto importanti per la sintesi chimica. Il metodo è stato testato su 45 diversi composti, mostrando buona selettività anche in presenza di gruppi chimici sensibili, che spesso richiedono passaggi aggiuntivi di protezione nei processi tradizionali.
«Questo studio mostra che i catalizzatori ad atomo singolo, una linea di ricerca che ci vede da anni in prima linea, continuano ad aprire nuove opportunità per rendere i processi chimici più efficienti, selettivi e sostenibili», commenta Gianvito Vilé, docente di Impianti Chimici al Politecnico di Milano. «È un risultato di ricerca fondamentale, ma indica una direzione promettente per progettare processi di ossidazione più sicuri e meno dipendenti da reagenti aggressivi».
Il contributo del Politecnico di Milano si è concentrato in particolare sulla progettazione e caratterizzazione del catalizzatore. Alla ricerca hanno partecipato Gianvito Vilé e Xiufang He, ricercatrice post-dottorale nel gruppo del professor Vilé.
Lo studio è il risultato di una collaborazione internazionale guidata dell’Università di Bayreuth, che ha coinvolto il Leibniz Institute for Catalysis in Germania, il Politecnico di Milano e il Consiglio Nazionale delle Ricerche in Italia, la Jagiellonian University in Polonia e l’Università di Stoccolma in Svezia.
Il lavoro non rappresenta ancora una tecnologia industriale pronta all’uso, ma dimostra un principio nuovo: anche una molecola stabile e difficile da attivare come la CO₂ può diventare parte attiva di processi chimici più sostenibili, grazie alla combinazione tra luce, catalisi e metalli abbondanti come il ferro.
Fonte testo e foto: PoliMi
