Eni Award 2015 - Lectio Magistralis
Lectio Magistralis dei vincitori di Eni Award 2015
Martedì 6 ottobre 2015 - ore 16:30
Università degli Studi di Catania
Scuola Superiore di Catania
Aula Magna - Villa San Saverio
Relatore: Helmut Schwarz
Berlin University of Technology
Concepts Rather than Recipes: an Unorthodox, Novel Approach to Selectively Activate Inert C-H Bonds
Premio Nuove Frontiere degli Idrocarburi
Sezione Downstream
Il Premio "Nuove frontiere degli idrocarburi" per la sezione Downstream è stato attribuito a Helmut Schwarz della Technische Universität Berlin. Il lavoro del prof. Schwarz si è incentrato su un problema fondamentale della ricerca moderna: l'attivazione di metano per la sua conversione in idrocarburi più pesanti (ad esempio etano/etilene) o ossigenati (ad esempio metanolo, formaldeide). Questa trasformazione diretta può rendere fattibile lo sfruttamento delle enormi riserve di gas naturale presenti in giacimenti remoti e il suo trasporto alle aree geografiche di utilizzo. La lunga attività di ricerca condotta dal prof. Schwarz con l’utilizzo combinato di tecniche sperimentali e approcci teorici avanzati, è fonte di conoscenze fondamentali su queste reazioni e i risultati ottenuti potranno portare a importanti ricadute tecnologiche in un futuro anche prossimo.
Introduce:
Giacomo Pignataro
Rettore dell'Università degli Studi di Catania
Intervengono:
Roberto Purrello
Direttore del Dipartimento di Scienze Chimiche
Giovanni Puglisi
Direttore del Dipartimento di Scienze del Farmaco
Roberto Cimino
VP - Technology Scenario and R&D Planning Eni
SPEAKER'S BIO: Helmut Schwarz, uno dei massimi esperti internazionali nel campo della chimica molecolare, nel gennaio 2008 è stato nominato Presidente della Humboldt Foundation. Dopo aver lavorato come tecnico nell'industria chimica e aver approfondito gli studi di chimica, ha completato il dottorato di ricerca alla Berlin University of Technology nel 1972. Nel 1974 ha conseguito i requisiti per la docenza universitaria e, dopo aver trascorso alcuni periodi all'estero (presso l’ETH Zürich, la Cambridge University nel Regno Unito e il MIT di Cambridge), ha ottenuto la docenza di Teoria e Pratica della spettrometria di massa quattro anni più tardi. Dal 1983, il professor Schwarz è docente di Chimica alla TU Berlin.
Ha collaborato come visiting professor con numerosi istituti di ricerca in tutto il mondo, a Cambridge (Gran Bretagna), a Gerusalemme e Haifa (Israele), a Losanna (Svizzera), a Canberra (Australia) e a Innsbruck (Austria), nonché a Parigi e a Strasburgo (Francia). È stato insignito di numerosi riconoscimenti per la sua attività di ricerca di base. Tra gli altri: Otto Bayer Award for Chemistry (1989), German Research Foundation's Gottfried Wilhelm Leibniz Award (1989), Alexander von Humboldt Foundation's Max Planck Research Award (1991), International Mass Spectrometry Society's J.J. Thomson Medal in Gold (1994), German-Israeli Lise Meitner-Alexander von Humboldt Award (1997), German Chemical Society's Liebig Medal (1998), ETH Zurich's Prelog Medal in Gold (2000), American Chemical Society's F. H. Field und J. L. Franklin Award (2001), Otto Hahn Award for Chemistry and Physics (2003), Erwin Schrödinger Award (2008), European Academy of Sciences' Blaise Pascal Medal in Chemistry (2011), Officer's Cross of the Order of Merit of the Federal Republic of Germany (2011), Göttingen Academy of Sciences' Lichtenberg Medal (2012), WATOC Schrödinger medal (2015) e, infine, Karl-Ziegler Award of the German Chemical Society (2015).
Nel 1991, dopo la riapertura della prestigiosa Erfurt Academy of Arts, il professor Schwarz è stato uno dei primi nuovi membri. E’ membro della German Academy of Sciences (Leopoldina), dell'Academia Europaea (Londra), corresponding member della Göttingen Academy of Sciences, membro onorario della Learned Society of the Czech Republic (Prague), dell'Institute for Scientific Information Database of Highly Cited Researchers, della German Academy of Engineering, membro straniero della Estonian Academy of Sciences (Tallinn), membro della European Academy of Sciences and Arts (Salzburg), della European Academy of Sciences (Liège), della National Academy of Sciences (India), della American Academy of Arts and Sciences (Cambridge/MA). Inoltre, è stato uno dei membri fondatori della Berlin-Brandenburg Academy of Sciences and Humanities, di cui è stato Vice-presidente dal 1998 al 2003. Gli sono stati conferiti diversi dottorati honoris causa: Israel Institute of Technology TECHNION ad Haifa (Israele), Hebrew University of Jerusalem (Israele), University of Innsbruck (Austria), Weizmann Institute of Science Rehovot (Israel), ETH Zurich (Svizzera), Sofia University "St. Kliment Ohridski" (Bulgaria), Hanyang University di Seoul (Corea del Sud) e Academy of Sciences (Moldova).
Oltre alla sua attività di ricerca, con oltre 950 articoli peer-reviewed e l’invito a più di 1000 lectures, Helmut Schwarz è molto impegnato anche in qualità di Direttore e membro del comitato editoriale di numerose riviste scientifiche. Si è inoltre affermato come esperto di politica della ricerca. Dal 2001 al 2007 è stato Vice-presidente della German Research Foundation (DFG).
Descrizione della ricerca
L’attivazione selettiva di legami inerti C-H al fine di convertire idrocarburi comuni in prodotti di maggior pregio con processi rispettosi dell’ambiente (“verdi”) è uno dei “Santi Graal” della chimica moderna. L'approccio razionale allo sviluppo di catalizzatori adatti a questo processo è ostacolata dal fatto che gli esperimenti convenzionali, condotti con catalizzatori “reali”, in genere non consentono di isolare e discriminare i processi che avvengono sui siti attivi del catalizzatore isolandoli dall'influsso delle aree circostanti. Questo limite è stato ingegnosamente superato dal gruppo del professor Schwarz. In qualità di esperto riconosciuto a livello internazionale nel campo della spettrometria di massa, egli ha sviluppato alcuni metodi che permettono di identificare i passaggi elementari delle attivazioni di legami C-H in fase gas mediate da metalli ad un livello puramente molecolare. Analizzando le reazioni degli idrocarburi, in particolare del metano, è riuscito a ottenere dettagliate informazioni relative alla reattività intrinseca di ioni metallici nudi e a determinare l'influenza dell'ambiente circostante. Questo approccio, in combinazione con calcoli quantomeccanici, ha consentito di giungere a nuove fondamentali scoperte che permettono di chiarire il ruolo che i diversi fattori (dimensioni dei cluster, carica, effetti dei leganti, stechiometria, dimensionalità, stato di ossidazione, grado di insaturazione coordinativa) hanno su queste trasformazioni. Attraverso l’identificazione dei processi che avvengono sui siti attivi del catalizzatore, è stato possibile fare un decisivo passo avanti nella moderna ricerca sulla catalisi. Questa strategia non ortodossa, ovvero che consta dell'utilizzo di uno spettrometro di massa come una “arena chimica” ideale, è stata utilizzata da Schwarz e altri per rivelare numerose caratteristiche meccanicistiche della problematica attivazione di molecole piccole e inerti come NH3, CO2 o CH4, e per risolvere alcuni dei problemi fondamentali di questa chimica in apparenza semplice, come per esempio l'importanza di effetti relativistici nella deidrogenazione del metano mediata da metalli. È stato dimostrato che in alcuni sistemi bimetallici, i due metalli “si dividono il lavoro”: un metallo è coinvolto nella formazione di carbeni metallici, dove gli effetti relativistici hanno un peso, mentre il secondo metallo controlla il processo di accoppiamento, per esempio, la creazione di legami C-N.
La conversione diretta, selettiva e a temperatura ambiente di metano in metanolo è una delle maggiori sfide della catalisi contemporanea, una reazione di enorme importanza sociale e tecnologica. In una ricerca che ha unito sperimentazione e calcolo, il gruppo di Berlino ha constatato che gli stati eccitati possono inoltre giocare un ruolo predominante nelle reazioni termiche, e che gli spesso ignorati cambiamenti nella molteplicità di spin sono una delle chiavi per comprendere gli oscuri dettagli meccanicistici di una conversione apparentemente semplice. In collaborazione con S. Shaik (Gerusalemme), il professor Schwarz ha formulato il concetto di “Two-state reactivity” (TSR) a partire da studi di semplici ossidi metallici diatomici in un “esoterico” stato gassoso; questo paradigma è oggi largamente accettato in numerosi settori della chimica e ha, ad esempio, risolto alcune delle controversie associate alla chimica del Citocromo P450 e, più in generale, alla catalisi ossidativa.