Chimica verde e biocatalisi per procedure sintetiche innovative ed ecosostenibili di API (principi attivi farmaceutici) e integratori alimentari

This doctoral project focused on the development of an innovative method for the synthesis of bis-indolic alkaloids using Deep Eutectic Solvents (DES) as the reaction medium. Specifically, the synthesis of indirubin, a compound of significant pharmacological interest, was optimized by identifying operational conditions capable of reducing the environmental impact compared to traditional methods. This last reaction was successfully scaled to multi-gram levels, demonstrating the feasibility of the process and its potential for industrial applications. Furthermore, a pilot plant was set up to produce significant quantities of indirubin, thereby addressing and resolving challenges such as the control of exothermic reactions and the management of foam formation. In parallel, functionalization processes for indirubin were developed, replacing toxic solvents with naturally, bio-inspired alternatives and simplifying purification methodologies, further enhancing sustainability and safety. Another research line focused on developing an innovative two-dimensional assay for the simultaneous analysis of biofilm quantity and respiratory activity, opening new perspectives on their development and metabolism. This approach was applied to monitor biofilm production and cellular respiration in the presence of DES, which revealed variable effects on cell growth and biofilm formation.

Questo progetto di dottorato si è concentrato sullo sviluppo di un metodo innovativo per la sintesi di alcaloidi bis-indolici, utilizzando miscele eutettiche profonde (Deep Eutectic Solvents, DES) come mezzo di reazione. In particolare, è stata ottimizzata la sintesi dell’indirubina, un composto di grande interesse farmacologico, individuando condizioni operative in grado di ridurre l’impatto ambientale rispetto ai metodi tradizionali. Quest’ultima sintesi è stata scalata con successo su scala multi-grammo, dimostrando la fattibilità del processo e il suo potenziale per applicazioni industriali. Inoltre, è stato allestito un impianto pilota per la produzione di indirubina in quantità significative, affrontando e risolvendo criticità come il controllo delle reazioni esotermiche e la gestione della formazione di schiuma. Parallelamente, sono stati sviluppati processi di funzionalizzazione dell’indirubina, sostituendo solventi tossici con altri di origine naturale e semplificando le metodologie di purificazione, con un ulteriore miglioramento in termini di sostenibilità e sicurezza. Un’altra linea di ricerca si è focalizzata sull’elaborazione di un saggio bidimensionale innovativo per l’analisi simultanea della quantità e dell’attività respiratoria dei biofilm, aprendo nuove prospettive sul loro sviluppo e metabolismo. Questo approccio è stato applicato per monitorare la produzione di biofilm e la respirazione cellulare in presenza di DES, che hanno mostrato effetti variabili sulla crescita cellulare e sulla formazione di biofilm.