Un team di ricerca dell’Università di Padova ha fatto una scoperta che potrebbe avere un impatto cruciale sulla sostenibilità ambientale ed economica della produzione di numerose molecole interessanti per l’industria farmaceutica.

Come succede per molte scoperte, anche questa è avvenuta quasi per caso, cioè mentre l’obiettivo di ricerca era focalizzato su aspetti completamente diversi.

I ricercatori del gruppo di ricerca di Luca Dell’Amico, professore di sintesi organica avanzata all’Università di Padova, hanno scoperto che a parità di reagenti di partenza è possibile ottenere dei prodotti di reazione diversi solamente modulando la lunghezza d’onda alla quale i composti chimici sono sottoposti: irradiando quindi l’ambiente di reazione con una luce di colore diverso, si possono ottenere prodotti differenti.

Oggi per la produzione di alcune biomolecole, interessanti soprattutto nel settore farmaceutico, è necessario applicare condizioni di temperatura e pressione molto spinte, provocando quindi un consumo energetico di notevole entità. In altri casi la sintesi prevede l’utilizzo di reagenti o additivi (quali ad esempio i catalizzatori) tossici o potenzialmente pericolosi per l’ambiente. In casi ancora più drastici non esistono oggi procedimenti per la sintesi di determinate molecole biochimiche. Oggi invece sembra possibile che si possa utilizzare la luce colorata come nuovo parametro di controllo nei processi di sintesi chimica: nuovo parametro che potrebbe dimostrarsi particolarmente facile da usare e sicuro, oltre che capace di ridurre l’impronta  ambientale e il bilancio economico del processo stesso.

Luca Dell’Amico ci ha raccontato come si sono svolti i primi passi di questa ricerca: “Stavamo procedendo con il consueto screening di lunghezze d’onda per selezionare quella che garantisce la resa maggiore nella reazione di sintesi tra un indolo e un chetone e abbiamo notato con sorpresa che alcune di loro portavano alla formazione non solo del prodotto aspettato, ma anche del suo diastereoisomero”.

Si definiscono diastereoisomeri due composti chimici organici (cioè costituiti prevalentemente da atomi di carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e zolfo) che hanno la stessa composizione chimica ma una struttura con orientamento nello spazio diversa. Questo fattore, che può sembrare di poco conto, è in realtà fondamentale per tantissimi processi biochimici, perché la struttura e l’orientazione di una molecola ne definisce anche la reattività all’interno del corpo umano. In molti processi fisiologici e farmacologici l’attività e l’efficacia di una biomolecola sono determinate dalla presenza di un solo tipo diastereoisomero, e spesso i processi di isolamento del prodotto desiderato sono costosi, lunghi, nonché in qualche caso impossibili. Ecco allora chiaro perché potrebbe essere così strategico poter selezionare il diastereoisomero di sintesi controllando i parametri di reazione.

Il responsabile del gruppo di ricerca patavino ci racconta anche che la ricerca è continuata nell’ottica di dare una spiegazione al meccanismo alla base di questa selettività dovuta alla luce irradiata. “Nella soluzione iniziale i due reagenti sono in una condizione di equilibrio tra molecole separate e molecole aggregate. Se la luce irradiante ha un’alta energia (quindi più vicina allo spettro ultravioletto) sarà in grado di eccitare anche le molecole separate, non solo quelle aggregate, e questo porta a un riarrangiamento che genera selettivamente un diastereoisomero piuttosto che l’altro” racconta Luca Dell’Amico.

La ricerca di base spesso viene considerata distante dalle applicazioni industriali, ma in questo caso l’utilizzo di diversi colori di luce per la sintesi selettiva di molecole potrebbe essere un punto di svolta che apre la porta a un importante cambiamento dell’economia di processo, giocando direttamente sui parametri di sintesi: la modulazione del colore della luce di irraggiamento potrebbe diventare un normale parametro di controllo così come la temperatura, con notevoli vantaggi anche per la sicurezza del processo. Anche il passaggio alla scalabilità industriale potrebbe essere semplice: Luca Dell’Amico aggiunge infatti che “sono già stati fatti dei primi esperimenti sulla scalabilità del processo e hanno dimostrato che la reazione può avvenire anche in flusso e non solo in batch, dove le grandi dimensioni degli impianti non permetterebbero un irraggiamento completo e uniforme di tutti i reagenti contenuti.”

Il progetto di ricerca è stato finanziato da un Grant del Ministero della Ricerca e della Comunità Europea e pubblicato nell’articolo su Nature Synthesis https://www.nature.com/articles/s44160-022-00191-5.