Cosa accade davvero in un processo di fotopolimerizzazione? Per scoprirlo, un gruppo di scienziati ha unito due metodi per il monitoraggio delle reazioni chimiche basati sulla risonanza magnetica nucleare.
Per progettare nuovi materiali, la scienza deve avere un quadro chiaro delle reazioni o dei processi chimici che si svolgono al momento della loro creazione. Alcuni ricercatori sostenuti in parte dal progetto PD2PI, finanziato dall’UE, hanno ora unito due metodi di monitoraggio innovativi basati sulla risonanza magnetica nucleare (RMN), permettendo così di approfondire i processi chimici complessi come la fotopolimerizzazione. I risultati sono stati descritti sulla rivista «Journal of the American Chemical Society».
Quando si parla di processi di polimerizzazione, in cui piccole molecole, i monomeri, si uniscono e formano una lunghissima catena o rete tridimensionale nota come polimero, conoscere ciò che accade durante una reazione renderebbe molto più semplice adattare la procedura per lo sviluppo di prodotti. Ciò vale anche per la fotopolimerizzazione, un processo che utilizza la luce visibile o ultravioletta per indurre una reazione di polimerizzazione in grado di formare una struttura polimerica.Ma come si ottengono informazioni approfondite sulle strutture molecolari di vari solidi e liquidi? Uno dei metodi più completi è la misurazione tramite risonanza magnetica nucleare. Per questo studio, i ricercatori hanno unito due metodi di monitoraggio delle reazioni basati su RMN che mai prima d’ora erano stati utilizzati insieme per analizzare un dato sistema: la RMN a diffusione con risoluzione temporale e il campionamento non uniforme a risoluzione temporale. Il primo metodo permette di misurare il coefficiente di diffusione medio della sostanza chimica oggetto di misurazione, mentre il secondo rende possibile monitorare la formazione dei prodotti. I risultati dello studio indicano che l’unione dei due metodi è un ottimo modo per monitorare in maniera esaustiva la fotopolimerizzazione.
Per dimostrare le potenzialità di questo approccio, il gruppo di ricerca ha evitato l’utilizzo di un modello di monitoraggio eccessivamente semplificato, scegliendo invece la fotopolimerizzazione di un derivato aromatico del bis antracene: N,N-bis(antracen-9-ilmetil)butan-1,4-diamina (H2banthbn). «Per il nostro lavoro, è stata scelta la fotopolimerizzazione dei sistemi basati sul bis-antracene. Il sistema è molto interessante perché durante la polimerizzazione utilizza alcuni elementi costitutivi utili a progettare vari materiali fotofunzionali», osserva l’autore senior dello studio, il dott. Mateusz Urbańczyk dell’Istituto di fisica chimica dell’Accademia polacca delle scienze, che ha coordinato il progetto PD2PI, in un comunicato stampa pubblicato su «EurekAlert!».
L’utilizzo di metodi diversi in contemporanea ha contribuito a fornire una correlazione tra determinate caratteristiche del sistema e le informazioni non ottenibili quando i due metodi sono impiegati separatamente. Nello studio gli autori spiegano: «La sinergia tra i due metodi a risoluzione temporale ci permette di comprendere il processo di fotopolimerizzazione di H2banthbn. Se avessimo utilizzato solo i metodi a diffusione avremmo ricavato solo un’idea abbozzata della massa media del sistema e sarebbe stato pressoché impossibile ottenere informazioni su determinati monomeri o polimeri. I dati derivanti dalla spettroscopia di coerenza quantica singola eteronucleare ci permettono di tenere traccia dei cambiamenti di concentrazione di ogni monomero o polimero e offrono informazioni interessanti sul sistema. Ciò detto, l’assegnazione dei picchi senza una conferma tramite i dati sulla diffusione risulterebbe ambigua. L’utilizzo di entrambi i metodi permette di avere certezza dell’assegnazione e quindi di comprendere meglio il sistema. Infine, la metodologia completa che abbiamo presentato è stata sottoposta a dimostrazione in un sistema complesso in termini di concentrazione, ampiezza di linea e campo magnetico. L’approccio proposto è generale e impiegabile per diversi tipi di reazione chimica, specialmente per quelle di polimerizzazione e per le fotoreazioni».
PD2PI (From Postdoc to PI: Future leaders of ERA) sta aiutando gli scienziati a trasformarsi in leader del futuro che coniughino l’esperienza accademica al mondo commerciale attraverso il trasferimento dei risultati dal laboratorio ai mercati. Il progetto si concluderà a ottobre 2024.
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