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Il futuro luminoso della chimica verde: si va verso la sintesi sostenibile di nuove molecole

chimica verde
Immagine di Depositphotos

Una nuova base su cui poggiare la sintesi chimica di molecole innovative, di interesse per lo sviluppo di nuovi farmaci e non solo: il progetto Photozyme, condotto dall’Università di Bologna e finanziato con 3 milioni di euro dallo European Research Council, apre ora la strada a una chimica verde ancora più efficace e sostenibile

Gettare nuova luce sul futuro della chimica al servizio della scoperta di nuove molecole funzionali: sono tutte verdi le ambizioni che muovono la ricerca nel campo della chimica sintetica per lo sviluppo di molecole innovative, interessanti per esempio per un uso farmaceutico. E si parla di luce non a caso.

È proprio questo, infatti, il punto di partenza del progetto di ricerca Photozyme, guidato da Paolo Melchiorre, professore del Dipartimento di Chimica Industriale Toso Montanari dell’Università di Bologna e volto a sviluppare nuovi strumenti fotobiocatalitici per costruire in maniera specifica e green nuovi composti.

La sfida è combinare tre moderne strategie di trasformazione chimica (biocatalisi, fotochimica e directed evolution) per dar vita a un approccio più ampio e più efficace nella messa a punto di reazioni chimiche.

Luce e biologia alleati nella produzione di nuove molecole

A scapito di un nome così complesso, il metodo è – almeno concettualmente – molto più semplice di quanto si possa pensare: si parte da un approccio di stampo biologico, che vede generalmente l’utilizzo di proteine (enzimi) per la trasformazione mirata e efficiente delle molecole (biocatalisi), e a esso integra le competenze della fotochimica.

La novità del progetto Photozyme sta proprio nell’introduzione della luce come interruttore del meccanismo biologico di conversione di composti interessanti, attraverso precise reazioni chimiche che gli enzimi in natura sono in grado di fare avvenire con estrema rapidità e precisione.

Le radiazioni luminose vanno a stimolare questi protagonisti della biocatalisi, che si attivano e possono dare così il via al processo di costruzione di nuove molecole.

L’impiego delle radiazioni luminose come valore aggiunto in questo meccanismo apre la strada a nuove reazioni radicaliche e a una vasta gamma di opportunità di nuova sintesi.

A questo punto si può inserire un ulteriore grado di difficoltà, utile a ottimizzare notevolmente l’intero circuito. Fa così ingresso nel sistema un terzo ingrediente, la directed evolution, o evoluzione direzionata: si tratta di un processo di ingegnerizzazione che sottopone gli enzimi a una sorta di addestramento, che li rende più adatti ed efficienti nel compiere specifiche reazioni molecolari promosse dalle radiazioni luminose.

In questo modo la luce guida queste speciali proteine verso meccanismi di catalisi del tutto innovativi, che consentono di operare processi completamente diversi da quelli che l’evoluzione aveva previsto per loro.

La chimica verde come semplice chimica

Un approccio integrato che chiude una traiettoria di ricerca lunga quasi 15 anni, portata avanti dal professor Melchiorre fin dal 2011 e sempre con il supporto dello European Research Council, il quale ora riconosce al nuovo progetto Photozyme un Advanced Grant del valore di 3 milioni di euro.

E la spesa si direbbe valga senza dubbio l’impresa: le implicazioni di una strategia nuova come la fotobiocatalisi proposta dal team di ricerca bolognese rappresentano una base solida per una sintesi molecolare operata in maniera finalmente sostenibile, che può portare tra le altre cose allo sviluppo di nuovi farmaci.

Uno sforzo che aggiunge un ulteriore tassello nel percorso di autoanalisi che il settore cerca ad oggi di risolvere: riflettere sulle pratiche attuali, con l’obiettivo di sviluppare prodotti e processi più sicuri e sostenibili rappresenta una necessità nel campo della chimica sintetica, dove spesso le reazioni possono richiedere l’utilizzo di condizioni di reazione molto dure e impattanti in termini di temperatura, pressione o acidità e dove l’utilizzo di solventi organici e catalizzatori rende spesso queste pratiche tutt’altro che ecologiche o non abbastanza efficaci in termini di resa.

Parallelamente il concetto di una chimica verde, che miri a ridurre o eliminare l’uso di sostanze chimiche pericolose nella produzione di prodotti chimici, insieme a una più diffusa attenzione al miglioramento della sicurezza e dell’impatto ambientale nella fase di progettazione dei percorsi di trasformazione delle molecole, è diventato un pilastro centrale nella discussione sugli avanzamenti della chimica per il bene comune.

L’obiettivo è che un giorno una tale distinzione possa finalmente scolorire e che la chimica verde diventi infine semplicemente chimica, facendo in modo che essa sia in grado di supportare lo sviluppo della società senza oltrepassare i limiti ecologici.

Crediti immagine: Depositphotos

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