È possibile condurre reazioni chimiche senza solventi tossici utilizzando semplicemente l’acqua. Lo ha dimostrato un team di ricercatori della Rice University (Houston, USA) ha sviluppato un metodo innovativo basato su micelle auto assemblanti, minuscole strutture sferiche che in acqua funzionano come reattori chimici in grado di attivare processi catalizzati dalla luce. Micelle prodotte a partire da molecole più sostenibili e riutilizzabili più volte per diverse reazioni.

«Abbiamo creato uno strumento che potrebbe rivoluzionare il modo in cui vengono condotte le reazioni chimiche, offrendo un’alternativa più sicura, economica e sostenibile», ha dichiarato Angel Martí, professore e responsabile del Dipartimento di Chimica della Rice University, a capo dello studio pubblicato su Chemical Science il 10 febbraio 2025.

Come funziona il processo

Alla base di questa innovazione c’è il comportamento delle surfattanti, molecole che possiedono sia una parte idrofila (che ama l’acqua) sia una parte idrofoba (che la respinge). Quando vengono immerse in acqua, queste molecole si auto assemblano spontaneamente in micelle, ossia piccole sfere con un nucleo idrofobo, che può ospitare e facilitare reazioni chimiche.

«Queste micelle funzionano come minuscoli reattori chimici – ha spiegato Ying Chen, prima autrice dello studio e dottoranda in chimica alla Rice – Permettono trasformazioni chimiche che normalmente non potrebbero avvenire in acqua, rendendo il processo più sostenibile rispetto ai metodi tradizionali».

Il ruolo della luce, motore della reazione chimica

Per trasformarle in micro-reattori sostenibili, i ricercatori della Rice University hanno modificato le surfattanti incorporando un complesso metallico fotosensibile nella loro struttura, in grado cioè di assorbire energia luminosa e utilizzarla per avviare la reazione chimica. Il risultato è un sistema noto come MeCS (Metal Complex Surfactants), che permette alle micelle di attivare reazioni chimiche grazie alla luce, senza bisogno di solventi organici pericolosi.

La luce infatti agisce come motore della reazione: quando il complesso metallico assorbe fotoni passa a uno stato eccitato, modificando la distribuzione degli elettroni e generando specie reattive che interagiscono con le molecole reagenti nelle micelle, attivando reazioni chimiche come scissioni di legami e formazione di nuovi composti.

Il team ha realizzato micelle di dimensioni tra 5 e 6 nanometri, più piccole rispetto a sistemi simili già noti, garantendo così una maggiore efficienza e stabilità nelle reazioni chimiche.

Un vantaggio economico e ambientale

L’uso di solventi organici nei processi industriali rappresenta una delle principali sfide, sia da punto di vista della tossicità – molti solventi sono dannosi per l’ambiente e la salute umana, sia per gli alti costi di smaltimento – il trattamento dei rifiuti chimici richiede procedure costose, sia per le normative stringenti – le aziende devono rispettare rigorosi standard di sicurezza.

L’introduzione di micelle MeCS offre una soluzione sostenibile e conveniente: queste nano-strutture che possono essere riutilizzate permettono di ridurre sia i costi che la produzione di rifiuti pericolosi. Il potenziale risparmio economico per le industrie è significativo, così come il beneficio per l’ambiente e la salute pubblica.

Le prospettive future per l’industria

Anche se il settore farmaceutico sarà probabilmente il primo a sfruttare questa tecnologia, le applicazioni dei reattori micellari potrebbero estendersi ad altri ambiti, spiegano i ricercatori: dalla scienza dei materiali, per la produzione sostenibile di materiali avanzati, alla chimica ambientale, per la purificazione dell’acqua e degradazione degli inquinanti, all’industria manifatturiera, con la riduzione dell’uso di sostanze tossiche nei processi produttivi.

Lo studio è stato realizzato con il supporto della Welch Foundation e del programma di Interdisciplinary Excellence Awards della Rice University.