Limonene: biosintesi, usi

Il limonene è un monoterpene ciclico presente negli oli essenziali ottenute dalle scorze di agrumi. Esempi sono  limoni, lime, pompelmi e in particolare arance sebbene sia presente anche nei semi di cumino e nell’aneto e nella canapa.

Il limonene è utilizzato come fragranza nei cosmetici, come aromatizzante nell’industria alimentare, come sgrassatore domestico biodegradabile, come biosolvente nell’estrazione di prodotti naturali e come repellente naturale degli insetti e come ingrediente attivo in numerosi prodotti antiparassitari.

Si ritiene infatti  che in natura abbia un’azione deterrente per l’alimentazione degli erbivori. Esso allontanerebbe i parassiti e attrarrebbe gli impollinatori.
Il limonene ha proprietà antimicrobiche e, come molti composti isoprenici mostra proprietà antiossidanti.

Mostra proprietà insetticide e costituisce una possibile alternativa ai composti di sintesi grazie alla sua biodegradabilità.

Struttura del limonene

Presenta un carbonio chirale e quindi ha due forme enantiomeriche.

Pertanto può presentarsi nella forma R che ha il tipico odore di arancia e nella forma S che ha odore di trementina. Contrariamente alla maggior parte dei composti organici che in natura si presentano prevalentemente sotto forma di un solo isomero ottico, il limonene si presenta in entrambe le forme.

Biosintesi

L’isopentenil difosfato (IPP) e il suo isomero dimetilallil difosfato (DMAPP) sono i due composti essenziali per sintetizzare tutti gli isoprenoidi. Esistono due percorsi biosintetici per produrre isopentenil difosfato e il dimetilallil difosfato. Il primo è il percorso della via del mevalonato  presente in tutti gli eucarioti superiori come

Saccharomyces cerevisiae. 

Il secondo percorso inizia con la reazione tra piruvato e gliceraldeide-3-fosfato per sintetizzare IPP e DMAPP. Il limonene può essere sintetizzato dalla catalisi di due enzimi chiave ovvero la geranil difosfato sintasi (GPPS) e la limonene sintasi (LS).

La GPPS catalizza la condensazione tra IPP e DMAPP, formando un intermedio difosfato lineare, il geranil difosfato (GPP), il precursore di tutti i monoterpeni. D’altra parte, la LS catalizza la ciclizzazione intramolecolare del GPP per dare limonene.

Per soddisfare la crescente domanda di produzione sostenibile di  questo monoterpene su scala industriale, è essenziale trovare un sistema di produzione alternativo all’estrazione vegetale tradizionale. Un’alternativa promettente ed ecologica è l’uso di microbi come fabbriche cellulari per la sintesi del limonene. La produzione derivante dalle piante deve affrontare diverse limitazioni, tra cui bassa resa, dipendenza dalle condizioni stagionali e climatiche, elevati costi di produzione (inclusa la lavorazione a valle) e inquinamento ambientale derivante da complessi processi di estrazione pertanto, la produzione microbica di limonene mediante biologia sintetica è emersa come un’alternativa promettente in termini di sostenibilità e fattibilità economica.

Usi

Negli ultimi anni  è stato oggetto di studi nell’ambito della comunità scientifica quale precursore di altre sostanze chimiche. La sintesi tradizionale di alcuni composti prevede infatti l’utilizzo di composti tossici o cancerogeni come, ad esempio, il benzene.

Grazie alla sua struttura a sei membri è facilmente aromatizzato e dare come prodotti di reazione composti come il 4-isopropiltoluene che è abitualmente ottenuto dal toluene. Stante l’assenza di tossicità  può quindi costituire una valida alternativa per numerose sintesi. Il limonene è anche un precursore vitale di diversi composti come mentolo, carveolo, carvone e alcol perillilico, che vengono utilizzati in alimenti e bevande, prodotti farmaceutici e cosmetici

È ampiamente usato come per il suo aroma e la sua fragranza in molti prodotti di largo consumo come bevande, profumi, detergenti, saponi e prodotti di pulizia per la casa.
È inoltre utilizzato come solvente per la pulizia di superfici e per la pulizia di superfici anche di legno sporche di sostanze grasse.  I polimeri derivati ​​dal limonene sono utilizzati in vari settori come adesivi, sigillanti, rivestimenti metallici e inchiostri da stampa.

Inoltre, il limonene funge da precursore per composti preziosi come alcol perillilico, mentolo, carveolo e α-terpineolo, che hanno applicazioni significative nei settori alimentare, cosmetico, farmaceutico, dei biomateriali e dei biocarburanti

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