Nell’insieme delle discipline scientifiche denominate Computer Sciences sono presenti due grandi settori di interesse chimico: la Chimica Teorica e la Chimica Computazionale, che hanno permesso di raggiungere degli obiettivi stupefacenti tanto da essere ormai strettamente legate all’attività sperimentale di laboratorio. La Chimica Teorica si occupa di fornire i fondamenti teorici ai fenomeni chimici osservati: fa un intenso uso dei principi della fisica e del calcolo matematico per la comprensione del legame chimico e delle reazioni chimiche.
La Chimica Computazionale, invece, viene impiegata per lo sviluppo di modelli matematici, basati sia sulla meccanica classica sia sulla meccanica quantistica, in grado di simulare sistemi chimici, con lo scopo di calcolarne le grandezze fisiche caratteristiche e prevederne le proprietà chimiche. L’approccio delle Computer Sciences fornisce grandi vantaggi in termini di tempo e di denaro: la predizione a livello teorico di strutture, anche di grandi biomolecole come le proteine, o di reazione chimiche, permette allo scienziato sperimentale di evitare un gran dispendio di energie e reagenti e lo indirizza verso un obiettivo individuato attraverso le simulazioni al calcolatore.
Bisogna sottolineare, peraltro, che i modelli matematici sono soggetti ad approssimazione e quindi non sempre permettono di conseguire il risultato atteso. Grazie al lavoro di un team della Northwestern University di Evanston in Illinois, guidato dal professor Bartosz Grzybowski, le Computer Sciences permetteranno alla ricerca scientifica di compiere un ulteriore passo in avanti: è stato realizzato “Chematica” o “Internet della Chimica”, un progetto ultimato in dieci anni, che è consistito nel creare un software contenente sette milioni di sostanze chimiche e le reazioni che collegano l’una all’altra, tenendo conto di oltre 86mila parametri.
Gli utilizzi di Chematica sono potenzialmente enormi: il programma è in grado di suggerire percorsi non considerati dagli scienziati, vie più veloci ed economiche di quelle abituali, evitando eventualmente anche gli intermedi che rendono più lunga e dispendiosa la sintesi dei prodotti di reazione. «Nella produzione chimica mondiale – ha commentato Grzybowski – l’80% del costo risiede nella purificazione degli intermedi». Il ricercatore ha sperimentato Chematica per cercare vie alternative alla produzione di 51 prodotti della sua azienda ProChimica Surfaces: ha riscontrato che nuove sintesi mai considerate prima, permettono di abbassare notevolmente il costo di produzione.
Un ulteriore impiego del software riguarda la capacità di individuare quale sostanza può essere prodotta a partire da alcuni composti di partenza: si potrà capire se questi reagenti, all’apparenza innocui, sono in mano a dei terroristi e quindi scovare i criminali prima che costruiscano armi chimiche. Naturalmente, purtroppo, non è esclusa anche la reale possibilità che Chematica, al contrario, venga utilizzato per scopi illeciti. Il sogno più grande degli scienziati della Northwestern University è quello di migliorare l’Internet della Chimica in modo tale che in futuro questo software possa essere utilizzato per l’individuazione, la creazione e quindi la sintesi di nuove sostanze chimiche fino a questo momento sconosciute.
