La transizione verso una chimica industriale sostenibile richiede soluzioni innovative per abbattere l’impatto ambientale in larga scala. In questo contesto si inserisce la tesi magistrale che la dottoressa Valeria Iacomini ha svolto presso l’Università di Modena e Reggio Emilia in sinergia con il partner industriale Versalis S.p.A. Con questa ricerca, che le è valsa la vincita del Premio Dondi assegnato nell’ambito del RemTech Expo 2026, la dott.ssa Iacomini si è focalizzata su catalizzatori organometallici a base di leganti 2,6-bis(immino)piridinici (BIP), con l’obiettivo primario di semplificare le vie sintetiche e rendere efficiente lo scale-up nei reattori industriali. Attraverso l’individuazione di un precursore molecolare reattivo e conservabile nel tempo, lo studio fornisce un impulso concreto allo sviluppo della chimica verde e alla trasformazione efficiente delle olefine. Abbiamo contattato la dottoressa Iacomini per saperne di più.

Quali motivi l’hanno spinta a incentrare la sua tesi sui catalizzatori a base di 2,6-bis(immino)piridine e come ha preso forma la collaborazione con Versalis?

«La collaborazione tra Versalis S.p.A. e il gruppo di ricerca universitario del prof. Andrea Cornia presso il Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche era già consolidata al momento della definizione del mio percorso di tesi. Quando ho contattato il prof. Cornia per il tirocinio magistrale, mi è stato proposto questo specifico progetto sulla catalisi organometallica, che ha suscitato immediatamente il mio interesse per due ragioni principali».

«In primo luogo, dal punto di vista metodologico, la ricerca offriva l’opportunità di confrontarmi con tecniche sperimentali avanzate e non convenzionali. Gestire complessi organometallici ad elevata reattività ed estrema sensibilità ad aria e umidità ha richiesto un approccio rigoroso, con l’impiego costante di tecniche di sintesi in atmosfera inerte e l’utilizzo dell’NMR paramagnetico per la caratterizzazione dei prodotti. Si trattava di metodologie con cui non avevo ancora avuto modo di cimentarmi direttamente durante gli studi e che rappresentavano un importante valore aggiunto per la mia formazione».

«In secondo luogo, ho apprezzato fin da subito il bilanciamento del progetto, capace di coniugare il rigore della ricerca fondamentale con una chiara finalità applicativa. Sviluppare un lavoro di sintesi avendo come traguardo la risoluzione di un problema concreto di logistica e stabilità catalitica per un partner industriale del calibro di Versalis S.p.A. ha reso il percorso di tesi stimolante e di grande rilevanza pratica».

In che modo l’impiego del precursore organometallico stabile semplifica la procedura di sintesi rispetto ai metodi tradizionali che la letteratura scientifica descrive?

«Le prestazioni di un catalizzatore omogeneo sono molto sensibili alla natura dei sostituenti presenti sui leganti organici. Ciò vale naturalmente anche per la funzionalizzazione delle olefine catalizzata da complessi dei metalli 3d, sui quali esiste una ricca letteratura. Si tratta generalmente di metallo-alchili con leganti BIP variamente sostituiti, la cui preparazione in fase pura richiede passaggi tecnicamente impegnativi (es. reazioni e cristallizzazioni a -35°C in atmosfera inerte), e la cui stabilità termica è alquanto limitata. L’idea sviluppata nella mia tesi magistrale è l’individuazione di un unico composto metallo-alchilico stabile a temperature attorno a -20°C, e dunque facilmente trasportabile e conservabile, che fornisca un’intera libreria di catalizzatori quando viene posto nell’ambiente di reazione e trattato con i diversi leganti BIP a temperatura ambiente». 

Quali applicazioni pratiche prevede per questi sistemi catalitici in ambito green, con specifico riguardo al taglio dei volumi di solventi organici e all’uso di metalli abbondanti e non pericolosi?

«L’impiego di questi sistemi catalitici permette innanzitutto di sostituire metalli nobili o tossici con metalli abbondanti, economici e non pericolosi, offrendo un’alternativa sostenibile per i processi industriali su larga scala. A questo si aggiunge l’utilizzo di quantità molto ridotte di solventi organici (tutti recuperabili) e la produzione di sali inorganici come unici prodotti di scarto, a beneficio dell’impronta ecologica dell’intero processo».

Quali principali sfide operative ha affrontato durante le prove di scale-up in laboratorio e quali traguardi ha raggiunto nella resa e nella purezza dei prodotti?

«La principale sfida incontrata in fase di scale-up è legata alla purificazione del precursore, condotta per sublimazione e accompagnata da un notevole abbattimento della resa. Al fine di evitare ingenti perdite di prodotto, abbiamo sviluppato una procedura sintetica in due passaggi che, a partire da reagenti commerciali ampiamente disponibili, fornisce il prodotto in resa pressochè quantitativa e con un grado di purezza paragonabile a quello del prodotto sublimato (ca. 95%)».

«Una seconda sfida ha riguardato la conversione del precursore nel vero e proprio catalizzatore per reazione con i diversi leganti BIP. Con alcuni sostituenti, la conversione ha superato il 90%, ma in altri casi la reazione è risultata assai meno efficiente. Il principio di Le Chatelier che governa gli equilibri chimici ha comunque guidato la scelta di opportuni additivi chimici che, aggiunti all’ambiente di reazione, promuovono la conversione con i leganti meno reattivi».

Quali sviluppi futuri considera essenziali per trasferire questa metodologia dai banchi di ricerca agli impianti produttivi?

«In vista di un trasferimento della metodologia dalla scala di laboratorio a quella industriale, è stato essenziale verificare l’effettiva attività dei catalizzatori generati in situ. Il lavoro di altri laureandi e dottorandi del gruppo (N. Yamini, S. Stampatori) ha dimostrato che l’attività di queste specie è confrontabile a quella dei composti preparati ex situ, in termini sia di conversione che di selettività. Naturalmente, si renderà necessaria una fase di sperimentazione su impianto pilota, incrementando progressivamente la scala per validare la robustezza e la riproducibilità dell’intero processo in vista di una possibile implementazione su scala industriale».