Ciclodestrine e liquidi ionici nella sintesi organica

Negli ultimi anni la sensibilità dei chimici verso la problematica ambientale ha indotto questi a cercare mezzi non convenzionali e catalizzatori atti a fornire buone rese e avere nello stesso tempo un basso impatto ambientale. Anche nell’ambito della chimica fine, pur essendo di primaria importanza l’ottenimento della molecola target, la necessità di disporre di processi sempre più puliti è da considerarsi non secondaria rispetto agli aspetti più squisitamente sintetici come un alto grado di stereocontrollo. L’impiego di liquidi ionici (RTIL) e ciclodestrine (CD) in sintesi che richiedono stereocontrollo è nello stesso tempo ben documentato ma ancora necessita di conoscenze di base circa l’effetto che tali sistemi hanno sulle reazioni organiche. Per quanto riguarda gli RTIL è bene sottolineare che recentemente si sono rivelati solventi utili tanto nell’ambito sintetico quanto nell’ambito della catalisi. Essi sono stati utilizzati per l’immobilizzazione e il riciclaggio di catalizzatori organici (L-prolina), dando buoni risultati tanto nelle rese quanto negli eccessi enantiomerici. Gli studi di riciclaggio hanno comunque mostrato una diminuzione dei valori di questi parametri rispetto ai solventi organici convenzionali, inoltre gli RTIL sono ancora solventi costosi. Più sperimentato è l’uso di ciclodestrine. Queste ultime, avendo una cavità moderatamente polare, sono in grado di ospitare la parte idrofobica di molecole organiche di piccola o media dimensione. Questo tipo di interazione può cambiare la reattività del substrato, in alcuni casi provocando un aumento, in altri casi una diminuzione della velocità di reazione. Così il sistema potrebbe funzionare sia inibendo sia facilitando le reazioni dell’enantiomero più favorevolmente incluso ovvero favorendo, in reazioni che portano ad una miscela racemica, uno dei due enantiomeri.

Il programma che si intende sviluppare si articola in due punti: l’applicazione di RTIL e CD a reazioni che necessitano di regio- e stereocontrollo; lo studio di questi sistemi come ambienti di reazione e ricognitori chirali. Per quanto riguarda il primo punto, in questo progetto saranno preparati nuovi materiali destinati al riciclaggio della L-prolina o dei suoi derivati. Questi materiali saranno utilizzati per la reazione di condensazione aldolica, catalizzata dalla L-prolina, tra l’acetone (o altri chetoni e aldeidi) e diverse aldeidi. Ci si propone di preparare gel di silice modificati variando lo spaziatore tra i gruppi silanolo e la testa del liquido ionico. Anche le CD saranno prese in considerazione come possibili mezzi per effettuare lo stereocontrollo. Ad esempio è intenzione dell’unità utilizzare il complesso binario pirene/per-(6-ammino)-(6-deossi)-b-ciclodestrina, che ha mostrato essere un buon ricognitore chirale, per lo stereocontrollo nella reazione di apertura di ossirani arilsostituiti. Inoltre con tale sistema sarà possibile valutare l’efficienza dello stereocontrollo senza procedere alla separazione dei prodotti. Per quanto riguarda il secondo punto del progetto, l’effetto degli RTIL sulla reattività delle molecole organiche sarà indagato studiando reazioni classiche, il cui meccanismo è ben documentato, quali ad esempio l’eliminazione o la sostituzione nucleofila aromatica. A tutt’oggi l’effetto degli RTIL sulla reattività viene spiegata tentativamente o considerandoli come una estensione dei solventi organici convenzionali, caratterizzati da parametri solvente ben differenti, o piuttosto considerandoli come una particolare classe, caratterizzata da zone di alto ordine capaci di esplicare effetti peculiari sul decorso della reazione. In tal senso lo studio meccanicistico può costituire un valido mezzo di discriminazione. Di grande interesse continua ad essere lo studio delle CD come ricognitori molecolari e chirali. A tale proposito si effettueranno misure di fluorescenza relative alla formazione di aggregati ternari fra il complesso binario pirene/per-(6-ammino)-(6-deossi)-b-ciclodestrina e agenti ternari quali una serie di dipeptidi. Invertendo la configurazione nonché la sequenza degli amminoacidi costituenti sarà possibile avere informazioni utili a meglio individuare i fattori che determinano l’entità del processo di binding. Inoltre, allo scopo di avere metodi di rilevamento diversi da quelli normalmente impiegati sarà effettuata un’indagine polarimetrica per valutare le costanti di complessazione fra molecole modello e CD. L’idea è quella che l’inserimento di molecole organiche di piccola o media dimensione nella cavità ciclodestrinica può indurre una variazione del potere rotatorio funzione della concentrazione del guest e della costante di binding. La velocità delle reazioni di sostituzione nucleofila aromatica e delle reazioni di eliminazione, condotte in liquidi ionici, verrà valutata mediante l'uso di spettroscopia UV-vis. I risultati delle reazioni di condensazione aldolica stereoselettiva verranno ricavati mediante misure di tipo HPLC su colonne chirali. Le costanti di complessazione tra ciclodestrine e molecole organiche saranno valutate mediante misure spettrofluorimetriche e, per quei substrati che non assorbono nella regione UV-vis, mediante misure polarimetriche.