La funzionalizzazione ossidativa di legami C-H di amino acidi e peptidi costituisce un interessante campo di ricerca che trova una delle sue principali applicazioni nell'ambito della produzione di intermedi sintetici per lo sviluppo di nuovi farmaci. Recentemente, l'interesse è stato rivolto alle ossidazioni promosse da complessi di ferro di tipo noneme, catalizzatori biomimetici delle ossigenasi, enzimi in grado di promuovere con elevata efficienza e versatilità l'ossidazione di legami C-H. In questo contesto si inserisce il progetto che ha come obiettivo lo sviluppo di una nuova strategia che permetta di convertire amino acidi naturali e piccoli peptidi nei corrispondenti prodotti di ossidazione, utilizzando complessi di ferro e manganese noneme di tipo ammino piridinico o imminico in presenza di H2O2 come agente ossidante ecocompatibile. A tale scopo verrà inizialmente studiata l'ossidazione a carico di semplici amino acidi, che rappresentano sistemi modello dei residui amino acidici di una catena polipeptidica, con lo scopo di ottenere informazioni sulla reattività e sulla selettività del processo. Successivamente, sulla base dei risultati ottenuti, lo studio verrà esteso all'ossidazione di peptidi, con l'obiettivo di indurre la rottura del peptide e/o funzionalizzarlo selettivamente su uno specifico residuo amino acidico.
Gli studi preliminari finora condotti dal mio gruppo di ricerca in merito all'ossidazione di amino acidi ad opera del sistema costituito dal complesso A e dall'H2O2 hanno fornito risultati promettenti nell'ambito del campo dello studio della funzionalizzazione ossidativa di molecole naturali, quali peptidi e proteine.
Tale sistema ha mostrato una buona efficienza e selettività sia nell'ossidazione di amino acidi alifatici, che di quelli aromatici, con una spiccata preferenza per l'idrossilazione aromatica rispetto a quella alifatica sia nel caso dell'ossidazione della fenilalanina, sia in reazioni competitive intermolecolari tra la fenilalanina e amino acidi alifatici. Il catalizzatore A è l'unico esempio nell'ambito dei complessi biomimetici di ferro noneme finora riportati in letteratura a catalizzare l'ossidazione della fenilalanina in tirosina senza la formazione dei prodotti di ossidazione dei legami C-H in posizione alpha o in posizione benzilica, e senza la formazione di prodotti chinonici di sovraossidazione. Inoltre, la reazione di trasformazione diretta della fenilalanina in tirosina promossa dal nostro sistema è di particolare rilevanza e innovatività poiché, a differenza dei sistemi enzimatici presenti in natura quali la fenilalanina idrossilasi, in grado di operare semplicemente tale trasformazione, sono pochi gli ossidanti chimici in grado di effettuare tale processo in maniera selettiva.
Sulla base di queste considerazioni, la possibilità di ottenere l'ossidazione selettiva di residui aromatici in catene polipeptidiche costituiti da amino acidi alifatici ed aromatici costituisce un aspetto altamente innovativo in questo settore di ricerca.
Per quanto riguarda invece il complesso di ferro o manganese B, questo rappresenta un esempio di catalizzatore biomimetico supramolecolare che grazie alla presenza dei siti di riconoscimento, costituiti dalle due unità di tipo benzo[18]corona-6, è in grado di coordinare mediante la formazione di legami idrogeno il gruppo ammonio primario di un residuo di lisina contenuta in un peptide e in questo modo di orientare la reazione esclusivamente su uno specifico legame C-H del polipeptide. Pertanto l'applicazione del catalizzatore supramolecolare risulta particolarmente innovativa in quanto consentirà di controllare la selettività del processo di funzionalizzazione ossidativa di legami C-H di amino acidi grazie ad un'interazione debole non covalente (legame idrogeno), tra il suo sito di riconoscimento e il substrato peptidico.