Metodi Innovativi Sperimentali e Teorici per lo Studio del Polimorfismo Cristallino: un Approccio Multidisciplinare

Questo progetto di ricerca affronta, mediante metodi innovativi sia sperimentali sia teorici, la sfida scientifica posta dal polimorfismo cristallino. La ricerca, l’identificazione e la caratterizzazione di differenti forme cristalline della stessa molecola (polimorfi e solvati) o di aggregati della stessa molecola con altre molecole (co-cristalli) costituiscono attualmente una delle aree di ricerca più attive della moderna chimica dello stato solido con fortisime ricadute sulla scienza di base e su settori applicativi di enorme rilevanza (farmaci, pigmenti, alimenti). Il nostro approccio è caratterizzato da un alto grado di interdisciplinareità e complementarietà come richiesto dalle linee guida del PRIN (si veda Figura 1. In questo progetto convergono esperienze di ricerca consolidate in aree differenti della chimica (chimica farmaceutica, inorganica, organometallica, fisica ed organica) e con specifiche competenze nell’uso di metodi e tecniche complementari (tecniche di cristallizzazione non convenzionali, metodi teorici, spettroscopia allo stato solido, metodi termodinamici in stato solido e cristallografia). La caratterizzazione e la razionalizzazione dei risultati sarà portata a termine dalle quattro UO che costituiscono la rete POLYM2006, mediante la condivisione delle strumentazioni di laboratorio e delle competenze come illustrato nella Figura 2. Per quanto riguarda gli aspetti sperimentali, gli obiettivi di questo network consistono nello studio: (a) della cristallizzazione di nuovi materiali solidi formati da molecole, ioni molecolari nonché complessi di coordinazione e network di coordinazione (in particolare da CO2 supercritica e su substrato polimerico), (b) della interconversione tra polimorfi e tra polimorfi, amorfi e solvati mediante metodi meccanici e termici, (c) della formazione di sali e co-cristalli tramite mescolamento meccanochimico di reagenti, (d) dell’assorbimento/desassorbimento di solventi da cristalli molecolari e network di coordinazione. Per quanto riguarda i metodi e le tecniche, il network metterà in comune: (a) strumenti teorici (metodi quantomeccanici ed ibridi, metodi empirici atomo-atomo con “distributed multipoles” e metodi Monte Carlo)e capacità di indagine di database strutturali, (b) NMR allo stato solido (esperimenti mono e bidimensionali, temperatura variabile, misure di tempi di rilassamento, valutazione delle distanze interatomiche mediante metodi REDOR), (c) metodi di diffrazione (da cristallo singolo e da polveri) e determinazione ab-initio di struttura cristallina da dati di polveri, (d) microscopia hot stage, calorimetria e termogravimetria. Il nostro principale obbiettivo è quindi quello di allargare, mediante una stretta interazione sinergica tra le quattro UO, le nostre conoscenze sulla natura del polimorfismo cristallino, ed, al tempo stesso, quello di fornire strumenti concettuali e pratici per ottenere le forme cristalline desiderate anche tramite metodi non convenzionali di cristallizzazione e preparazione (utilizzo di solventi supercritici, metodi meccanici etc.), e/o per indagare l’esistenza di nuove forme cristalline, e/o per controllare l’interconversione cristallo-cristallo, cristallo-solvato e amorfo-cristallo. Un altro obiettivo del progetto consiste nello sfruttamento, laddove possibile, delle diverse proprietà fisiche e chimiche dei polimorfi e dei solvati.