Sintesi di amminopolioli da carboidrati quali precursori di tensioattivi non ionici

Questo progetto di Tesi, realizzato nell’ambito del progetto BioSurf (Integrated platform for the sustainable production of bio-based surfactants from renewable resources) finanziato da Fondazione Cariplo (Bando Economia Circolare: ricerca per un futuro sostenibile – ID 2020-1094) avente l'obiettivo di trasformare il lattosio e i suoi prodotti di idrolisi in tensioattivi non ionici di uso alimentare, cosmetico, farmaceutico, attraverso una tecnologia completamente bio-based. Molti sottoprodotti della filiera agroalimentare, essendo ricchi di proteine, carboidrati e lipidi, costituiscono materie prime preziose per la produzione di ingredienti ad alto valore aggiunto. Il progetto BioSurf si propone di valorizzare il siero di latte, il sottoprodotto principale dell’industria casearia, utilizzandolo come biomassa per la sintesi di tensioattivi non ionici costituiti da zuccheri esterificati con acidi grassi. La disponibilità di una biomassa a basso costo, rinnovabile, non stagionale e disponibile in quantità, in particolare in Lombardia, riveste un ruolo primario per il contenimento dei costi del prodotto finale. In questa Tesi sono descritte vie sintetiche chimiche ed enzimatiche sviluppate per ottenere amminopolioli a partire da lattosio, dai suoi prodotti di idrolisi (glucosio e galattosio) e da arabinosio quali precursori di glicamidi con proprietà emulsionanti attraverso reazione di acilazione enzimatica con acidi grassi. Nella prima parte del progetto, sfruttando la reattività del gruppo aldeidico dei saccaridi nella forma “aperta”, è stata effettuata la sintesi di otto amminopolioli (1-desossi-1-(alchilammino)-alditoli 1a,b-3a,b), mediante amminazione riduttiva in presenza del complesso 2-metilpiridina borano e, come ammino donor, N-etilammina o N-metilammina. Tutti i prodotti sono stati purificati con cromatografia a scambio ionico con buone rese (60-95%) e sono stati caratterizzati mediante spettrometria di massa e spettroscopia NMR. Vale la pena sottolineare che la sintesi di amminopolioli derivati dal lattosio non è mai stata riportata in letteratura. Nel caso di 1-desossi-1-(etilammino)-lattitolo (4b), il prodotto è stato isolato con una resa >90%. Successivamente è stato studiato un approccio enzimatico alla sintesi di amminopolioli basato sull’impiego di ω-transaminasi (ω-ATA) in reazione di transaminazione. Gli enzimi, quattro (S)-ω-ATA e una (R)-ω-ATA, sono state fornite dall’Istituto di Scienze e Tecnologie Chimiche del CNR di Milano (Dott.ssa E. E. Ferrandi) nell’ambito di una collaborazione con il Laboratorio di Biocatalisi dell’Università di Pavia dove è stata realizzata questa tesi. Il protocollo enzimatico descritto in letteratura per la sintesi di 1-desossi-1-amminoarabinitolo (1c), catalizzata dalle transaminasi da Rhodobacter sphaeroides o Mycobacterium vanbaalenii, rispettivamente (S)-RhATA o (R)-MvATA, è stato applicato sull’arabinosio utilizzando le ω-ATA fornite da SCITEC-CNR. Tuttavia, nessuno degli enzimi saggiati ha fornito i composti attesi, suggerendo l’impiego delle ω-ATA già descritte in letteratura, l’uso di enzimi da altre fonti, lo sviluppo di mutanti oppure l’applicazione di altre classi enzimatiche come immino reduttasi o ammino ossidasi. Nella fase finale del progetto, in collaborazione con il Dipartimento di Chimica dell’Università degli Studi di Milano (Prof.ssa G. Speranza), partner del progetto BioSurf, l’amminopoliolo 1-desossi-1-(etilammino)-glucitolo (2b) è stato acilato enzimaticamente con acido palmitico utilizzando Novozym 435, una lipasi commerciale immobilizzata. Il prodotto ottenuto (resa: ca 20%), è il primo tensioattivo sugar-based derivato dagli amminopolioli sintetizzati in questa tesi. E’ in corso lo studio delle condizioni di reazione per incrementare la resa e poter disporre di quantità sufficienti di prodotto ai fini della valutazione delle proprietà emulsionanti.