(1) Si studiano le architetture molecolari ottenute mediante
autoriconoscimento e autoassemblaggio attraverso un'organizzazione
gerarchica di interazioni non covalenti; l'unità base
principalmente studiata è rappresentata dalla guanosina e dai suoi
derivati: si studiano inoltre le potenziali applicazioni di tali
architetture nella progettazione di dispositivi molecolari. (2) La
dissoluzione di una sostanza chirale non racemica in una fase
liquido cristallina nematica trasforma questa in una fase chirale:
lo studio delle caratteristiche della fase colesterica indotta
consente di ottenere informazioni stereochimiche sulla molecola del
soluto. (3) Si studia la possibilità di utilizzare molecole
fotoresponsive come interruttori molecolari fotochimici e come
sensori di stimoli chimico-fisici. (4) Si studia la conversione
diretta della luce in energia meccanica attraverso
autoassemblaggio/disassemblaggio fotocontrollato su opportuni
sistemi azobenzenici.
(1) Architetture supramolecolari da autoassemblaggio. La guanosina,
unica tra i nucleosidi, possiede un sequenza di gruppi donatori e
accettori di ponti a idrogeno in grado di consentire la formazione
di diverse strutture supramolecolari a seconda della natura del
solvente, della sostituzione nel residuo zuccherino, della presenza
di ioni, della derivatizzazione sulla base. In particolare si
possono ottenere architetture basate su G-quartetti (quattro
guanine legate ciclicamente da ponti idrogeno) impilati gli uni
sugli altri per interazioni non covalenti e analoghe a quelle
riscontrabili nelle sequenze telomeriche dei cromosomi, oppure
strutture a nastro lineare o elicoidale. Tali architetture hanno
interesse sia in campo farmaceutico/farmacologico per le loro
implicazioni nei telomeri che in nanotecnologia molecolare per il
loro utilizzo di nanodispositivi. Nel nostro gruppo di ricerca si
studiano le modifiche strutturali dei derivati della guanina per
modularne le loro proprietà chimico fisiche. (2) Applicazione dei
cristalli liquidi nella caratterizzazione stereochimica. La
caratterizzazione stereochimica di molecole chirali può essere
effettuata mediante diverse tecniche, spettroscopiche o meno.
Mentre le tecniche che usano luce polarizzata sono sensibili alla
natura e disposizione dei cromofori presenti, la tecnica basata sul
chiral doping di fasi liquido cristalline è principalmente
sensibile alla forma della molecola. Nel nostro gruppo di ricerca
si studia il trasferimento di chiralità dal livello molecolare a
quello supramolecolare della fase liquido cristallina con il
duplice scopo di ottenere informazioni sul meccanismo alla base di
tale fenomeno (in modo da potere progettare molecole ad alto potere
torcente - abilità di trasferimento di chiralità) e di ottenere
informazione sulla configurazione/conformazione del soluto chirale.
Sistemi liquido cristallini chirali trovano applicazione in molti
dispositivi optoelettronici. (3) Dispositivi molecolari chirottici.
La progettazione di interruttori (“switch”) molecolari rappresenta
una sfida nel solco della tendenza alla miniaturizzazione in
tecnologia e dello sviluppo di nuovi materiali per
l'immagazzinamento (e il recupero) di informazione a livello
molecolare. Oltre ai dispositivi di memoria reversibili, i campi di
applicazione di switch molecolari si estendono anche alla chimica
supramolecolare e alla nanotecnologia con lo scopo di raggiungere
il controllo di funzione e struttura. Nel nostro gruppo di ricerca
si studia il controllo di nanoarchitetture e di sistemi
parzialmente ordinati (come i cristalli liquidi) attraverso stimoli
chimici (come l'aggiunta di ioni) o fisici (fotochimici). Tale
processo è seguito attraverso il monitoraggio delle proprietà
chirali del sistema.
(4) Conversione della luce in energia meccanica attraverso autoassemblaggio/disassemblaggio fotocontrollato. L'azobenzene può essere fotoisomerizzato dalla forma trans alla forma cis in modo reversibile utilizzando radiazioni di opportuna lunghezza d'onda. I due isomeri presentano diverse caratteristiche geometriche, ottiche, di polarità e di solubilità. E' possibile pertanto progettare sistemi molecolari contenenti residui azobenzenici in grado di aggregarsi a formare specie supramolecolari di tipo polimerico quando gli azobenzeni siano in forma trans, ma incapaci di aggregazione quando gli azobenzeni siano in forma cis. E' in questo modo possibile controllare per mezzo della luce la concentrazione totale del sistema e trasformare tali variazioni di concentrazione in lavoro attraverso l'osmosi.
