Tra le prime nozioni che vengono insegnate all’Università ai giovani aspiranti Chimici, c’è il legame a ponte di idrogeno. Lì per lì sembra una nozione banale, ma, andando avanti con gli studi, il chimico si accorge di come questo legame sia una delle strutture portanti della e sia di primaria importanza nella biochimica e quindi nel nostro essere creature viventi.

In breve, si tratta di un’interazione tra molecole diverse, definita debole (anche se poi non lo è così tanto) che si crea quando all’interno della molecola osservata, un atomo di idrogeno è legato ad un altro atomo particolarmente avido di elettroni (in gergo tecnico, molto elettronegativo).

Questa interazione crea quello che è chiamato dai chimici un “dipolo molecolare” ovvero una distribuzione degli elettroni intorno a quel legame tale per cui si forma una  piccolo dipolo elettrico (definizione invece ereditata dal linguaggio dei fisici: il dipolo elettrico è un sistema di due cariche di segno opposto a distanza costante nel tempo che da origine a tutto un sistema di campi e forze ben definite, per la cui trattazione lascio la parola, appunto, ai fisici), dotato di un “momento di dipolo”, una grandezza vettoriale e quindi caratterizzata da una direzionalità.

Nella seguente figura vedere raffigurato un esempio molto semplice, il dipolo dell’acqua (l’ossigeno in questo caso è l’atomo elettronegativo).

 acqua

Questo momento fa si che dipoli di questo tipo, se ravvicinati (ad esempio appunto le molecole di un bicchiere d’acqua, risentano di un’interazione elettrica che li fa orientare in modo preciso nello spazio, come siamo abituati a vedere nei cristalli di ghiaccio. Questa interazione è caratterizzata da un’energia nettamente maggiore rispetto ad altri tipi di forze e legami deboli tra molecole (ad esempio le forze di Van der Waals, ma ne parleremo un’altra volta).

acqua2

(Foto a destra e sinistra da Wikimedia Commons)

Il legame a ponte di idrogeno si trova in innumerevoli altri casi ed è ad esempio largamente responsabile della struttura (e quindi del funzionamento)  di proteine, enzimi e degli acidi nucleici (come il DNA) quindi penso sia chiara la sua estrema importanza per la nostra stessa vita.

Veniamo all’attualità. Mai prima d’oggi il legame a ponte d’idrogeno era stato “fotografato” ed osservato dal vivo pur essendo certa la sua esistenza e la sua importanza. Un team di ricercatori del National Centre for Nanoscience and Technology (Cina), guidato da Jun Zhang ha recentemente catturato la formazione di questo tipo di legame tra molecole di 8-idrossichinolina tramite l’ausilio del Microscopio a Forza Atomica (AFM, ne abbiamo già parlato). Ecco qui la prima foto di un legame ad idrogeno mai scattata in precedenza e l’analoga struttura chimica semplificata.

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(Immagine dall’articolo originale, Zhang et al. su Science AAAS)

L.immagine è il risultato di anni di ricerca e perfezionamento dello strumento AFM e anche la scelta della molecola indagata non è casuale (per motivi che non stiamo ad approfondire qui, i legami di questa molecola si vedono “meglio” rispetto ai risultati probabili con altre scelte) ma sicuramente è un primo importante passo che mostra le potenzialità di questo strumento nell’indagine molecolare e potrebbe un domani entrare a pieno titolo tra gli strumenti privilegiati per l’indagine strutturale, aspetto molto importante per i chimici di sintesi (e non solo) di tutto il mondo.

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