ALLA BASE DELLE MOLECOLE DELLA VITA

Radicali stellari

Un nuovo possibile percorso attraverso cui formare molecole organiche complesse a partire da ingredienti costituiti da specie radicaliche. È quanto hanno scoperto gli scienziati del Berkeley National Laboratory, in California, attraverso esperimenti in laboratorio. I risultati sono pubblicati su Nature Communications

Gli idrocarburi policiclici aromatici (Ipa), Pah in inglese, sono composti organici dalla struttura caratterizzata dalla presenza di due o più anelli – da cui il termine policiclici – costituiti da soli atomi di carbonio e idrogeno – per questo chiamati idrocarburi – e dall’intenso odore – da cui l’aggettivo aromatici. Il più semplice di questi è il naftalene, più noto commercialmente come naftalina: l’antitarme, insomma. Un prodotto altamente tossico.

Immagine composita che mostra una stella gigante rossa ricca di carbonio (al centro) che riscalda un esopianeta (in basso a sinistra) e, sovrapposto, il percorso chimico appena scoperto che potrebbe essere coinvolto nella formazione di molecole del carbonio complesse vicino a queste stelle. Crediti: Eso / L. Calçada; Berkeley Lab, Florida International University e University of Hawaii at Manoa

Ok, ma che c’entra tutto questo con lo studio in questione? C’entra, e come. Per due motivi. Vediamo il primo: se sulla Terra queste molecole rappresentano composti tossici capaci di produrre inquinamento e problemi di salute, nello spazio, invece, le cose cambiano, “radicalmente”: nel mezzo interstellare queste molecole possono rappresentare fino al 20 per cento del carbonio galattico e, insieme ai grani interstellari, svolgono un ruolo centrale nella formazione degli amminoacidi, i mattoncini essenziali per la formazione di macromolecole biologiche, come le proteine.

Ma se da un lato le ricerche hanno confermato questo loro ruolo nello spazio, dall’altro, e qui entriamo nel merito dello studio, la comprensione di come queste molecole si formino alle elevate temperature presenti, ad esempio, negli involucri circumstellari di stelle al carbonio, e a partire da quali specie chimiche, non è chiara. Prende le mosse da questa premessa lo studio pubblicato su Nature Communications: facendo reagire in laboratorio due specie chimiche altamente reattive – i cosiddetti radicali liberi – un team di scienziati del Berkeley National Laboratory, queste molecole, è riuscito a produrle attraverso una nuovo percorso, o pathway. Un percorso di formazione che si aggiunge ad altri già identificati da studi dello stesso gruppo di ricerca, sebbene a partire da reagenti diversi.

Come hanno fatto? È stato necessario: un micro-reattore in cui far avvenire le reazioni chimiche, riscaldato resistivamente a temperature elevate che mimano quelle presenti negli involucri circumstellari di stelle al carbonio; i due reagenti di partenza – le specie radicaliche che vi dicevo; un fascio di luce a una lunghezza d’onda nota come “ultravioletto da vuoto sincronizzabile“, o Vuv, da “sparare” sui reagenti; e infine un rilevatore chiamato spettrometro di massa a tempo di volo, necessario per identificare i composti chimici che, una volta formati, escono fuori dal reattore a velocità supersoniche. Ebbene, facendo reagire il radicale metilico  (CH3) con il radicale aromatico 1-indenile (C9H7) a una temperatura di circa 1000 gradi, sotto l’influsso della radiazione ultravioletta da vuoto, gli autori dello studio sono riusciti a ottenere l’idrocarburo policiclico aromatico noto – appunto – come naftalene (C10H8).

Un esperimento arduo, questo, soprattutto se si considera che i reagenti di partenza, le specie radicaliche, sono molto instabili e tendono subito a reagire. «I radicali hanno vita breve: reagiscono con se stessi e reagiscono con qualsiasi altra cosa che li circonda», dice a questo proposito Musahid Ahmed, uno dei firmatari dello studio. «La sfida è capire come si generano due radicali contemporaneamente e nello stesso posto, in un ambiente estremamente caldo. Li abbiamo riscaldati nel reattore, si sono scontrati e hanno formato i composti, quindi li abbiamo espulsi dal reattore».

«Per diversi decenni, le reazioni radicale-radicale sono state ipotizzate per formare strutture aromatiche nelle fiamme da combustione e nello spazio profondo», ricorda un altro coautore dello studio, Ralf Kaiser, «ma non ci sono state molte prove a sostegno di questa ipotesi. Il presente esperimento fornisce chiaramente prove che reazioni tra radicali a temperature elevate formano molecole aromatiche come il naftalene».

Esperimento riuscito, dunque. Un nuovo metodo di sintesi che, osservano i ricercatori, può anche illuminare studi più ampi di reazioni chimiche che coinvolgono radicali esposti ad alte temperature, come quelle nel campo della chimica e della sintesi dei materiali.

Per saperne di più: