Depolimerizzazione enzimatica e derivatizzazione della cellulosa in liquidi ionici

Il progetto di tesi concerne lo studio dell’utilizzo di solventi non convenzionali, i liquidi ionici, nella depolimerizzazione enzimatica e nella carbossimetilazione della cellulosa. I liquidi ionici si definiscono come sali organici aventi un punto di fusione inferiore ai 100 °C. Per le loro interessanti proprietà, come la pressione di vapore pressoché nulla, la non infiammabilità e, in taluni casi, la tossicità estremamente contenuta, si ritiene che in futuro i liquidi ionici possano essere utilizzati come solventi industriali per una chimica sostenibile, avendo anche la proprietà di saper dissolvere polisaccaridi complessi, quali appunto la cellulosa.
La cellulosa rappresenta una risorsa rinnovabile estremamente interessante, che può essere sfruttata sia per la produzione di zuccheri fermentescibili destinati alla filiera dei biocarburanti, che per la sintesi di prodotti chimici. Tuttavia, la maggior problematica che ne ostacola uno sfruttamento intensivo è rappresentata dalla sua scarsa reattività da un punto di vista chimico.
La prima parte del lavoro è stata focalizzata sullo studio della stabilità e dell’attività di quattro preparazioni enzimatiche commerciali (IndiAge® Super GX Plus, IndiAge® Excel, Primafast® 200, Novoprime® A328) in tre liquidi ionici da noi selezionati e, successivamente, sul loro possibile diretto utilizzo come solventi nelle reazioni di depolimerizzazione enzimatica della cellulosa. I liquidi ionici utilizzati nell’ambito del progetto sono l’1-butil-3-metilimidazolio cloruro ([BMIm][Cl]), l’1-etil-3-metilimidazolio acetato ([EMIm][Ac]) e l’1-etil-3-metilimidazolio dietilfosfato ([EMIm][DEP]).
Le prove svolte hanno messo in luce come l’IndiAge® Super GX Plus ed il Primafast® 200 rimangono attive e sono in grado di idrolizzare la cellulosa nei tre liquidi ionici a disposizione. Per quanto i livelli più alti di depolimerizzazione del substrato si ottengano, tuttavia, in tampone, il fatto che due preparati enzimatici siano attivi sulla cellulosa in un mezzo di reazione inusuale come un liquido ionico rappresenta un risultato di assoluto rilievo.
La seconda parte del progetto, ha voluto studiare la possibilità di carbossimetilare la cellulosa depolimerizzata, eseguendo il processo senza isolare il composto intermedio, come avviene, invece, nella sintesi industriale classica della carbossimetil cellulosa, che prevede una tecnologia multistep. La CMC gode di un mercato estremamente vasto e di numerose applicazioni nel settore alimentare, farmaceutico, tessile, della carta, della petrolchimica e delle vernici.
Le prove effettuate hanno evidenziato l’effettiva possibilità di ottenere CMC mediante questo approccio.
L’individuazione di due preparati enzimatici che mantengono l’attività nei liquidi ionici d’interesse e la dimostrata possibilità di idrolizzare e di carbossimetilare la cellulosa in un processo single-batch, rappresentano dei risultati estremamente incoraggianti, preludio allo sviluppo di una metodologia alternativa volta nella sintesi one-pot di derivati cellulosici di sicuro interesse commerciale.