La sintesi biomimetica è una sintesi mirante a ottenere molecole imitando una sintesi biologica elaborata negli organismi viventi.
L’obiettivo finale si questa metodologia sintetica è quello sviluppare tecniche e processi di sintesi per avere nuovi materiali con proprietà simili o migliori di quelli biologici esistenti in natura. Un altro obiettivo consiste nel sintetizzare materiali con proprietà specificatamente desiderate utilizzando quelli naturali esistenti
La sintesi biomimetica riscuote un grande interesse in numerosi campi ed è considerata una nuova frontiera della chimica nel ventunesimo secolo.
Gli albori
Nel 1917 il chimico inglese Sir Robert Robinson pubblicò una sintesi rivoluzionaria del tropinone
Egli fece reagire l’acido succinico, la metilammina e l’acido 3-ossoglutarico per ottenere il tropinone, prodotto naturale che è il precursore dell’atropina
La sintesi biomimetica di prodotti naturali si è evoluta in una delle direzioni di ricerca più popolari nella sintesi organica.
Ossidazione catalitica di sostanze organiche
L’ossidazione catalitica di composti organici ha un ruolo importante nei processi industriali e vi è quindi una domanda crescente di metodologie efficienti, economiche e rispettose dell’ambiente.
Una risposta a questa esigenza è fornita da reazioni redox che formano una catena di trasporto di elettroni utilizzando, quali ossidanti, ossigeno e perossido di idrogeno.
Tale metodo è detto biomimetico perché simula la respirazione aerobica. Imitando questo processo si possono ottenere ossidazioni di alcoli, ammine e reazioni di acetilazione.
Nella catena respiratoria i substrati organici sono deidrogenati da NAD+ da cui si ottiene NADH.
Il trasferimento di elettroni e di protoni dal NADH all’ubichinone da luogo alla formazione di ubichinolo UQH2 che trasporta gli elettroni al citocromo.
Questi elettroni sono ulteriormente trasportati alla citocromo-c ossidasi che catalizza la seguente reazione.
4 ferrosocitocromo c + O2 + 4 H+ → 4 ferricocitocromo c + 2 H2O
Questo approccio divide l’alta barriera energetica in molte barriere energetiche più basse che possono essere raggiunte in sequenza con il vantaggio di lavorare in condizioni più blande. Questo esempio mostra come la coppia NAD+/NADH, unitamente alla deidrogenasi, agisca come catalizzatore al posto di metalli di transizione come palladio o rutenio.
Il futuro
Le reazioni biomimetiche costituiscono una metodologia in grado di sviluppare vari prodotti nei campi più svariati e aprono nuovi orizzonti nella scienza dei materiali, medicina rigenerativa e ingegneria biomedica per il trattamento di varie malattie e disturbi congeniti.