Le metilxantine (caffeina, teofillina, etc.) sono sostanze ampiamente diffuse in natura, dove sono presenti in un elevato numero di specie botaniche. La loro attività biologica (principalmente a livello del sistema nervoso centrale) ne ha fatto oggetto di molti studi, per lo più indirizzati alla loro determinazione e quantificazione in matrici naturali e non. Uno studio approfondito sulla loro reattività, in ambiente acquoso e organico, è stato invece oggetto di un numero molto limitato di lavori. Oggetto del presente progetto di ricerca sarà lo studio del processo di elettro-ossidazione delle metilxantine (in particolare teofillina e caffeina), in solventi organici e in acqua, mediante voltammetria ciclica, elettrolisi, spettrofotometria UV-vis, NMR e spettrometria di massa. Sarà studiata la natura e la resa dei prodotti ottenuti in funzione del sistema solvente-elettrolita di supporto utilizzato e della quantità di carica, formulando laddove possibile una ipotesi di meccanismo per la loro formazione.
Lo studio voltammetrico sulle metilxantine (in particolare in ossidazione) è stato oggetto di moltissimi lavori, atti a individuare sistemi efficaci, semplici, economici e selettivi da poter utilizzare come sensori di queste sostanze naturali biologicamente attive in matrici acquose. (vedere ad esempio la review di L. Svorc, Determination of caffeine: a comprehensive review on electrochemical methods, Int. J. Electrochem. Sci. 2013, 8, 5755-5773). Lo studio di queste importanti molecole in ambiente non acquoso è stato invece oggetto di soli due lavori (R. D. Webster et al., Electrochemically controlled one-electron oxidation coupled to consecutive hydrogen atom transfer to caffeine, ChemElectroChem 2014, 1, 1557-1562; R. Petrucci et al., A new insight into the oxidative mechanism of caffeine and related methylxanthines in aprotic medium: May caffeine be really considered as an antioxidant?, BBA General Subjects 2018, 1862, 1781-1789) prendendo in considerazione la caffeina in acetonitrile. Lo studio in solvente dipolare aprotico risulta invece molto importante, non solo dal punto di vista di un possibile utilizzo di tali molecole in sintesi organica, ma anche in vista di una più profonda conoscenza dei meccanismi di reazione delle xantine in contesti biologici. Infatti tali molecole hanno sia proprietà idrofile che lipofile e quindi possono distribuirsi sia in fluidi acquosi, sia in zone più lipofiliche, come ad esempio le membrane biologiche.
Riteniamo quindi fondamentale uno studio approfondito della reattività delle xantine naturali in solventi non acquosi, con particolare riferimento alla loro reattività redox (reattività principe in sistemi biologici).