Valorization of agricultural waste as a renewable feedstock for high-value chemical intermediates

This PhD project aims to develop scalable and green processes for converting agricultural waste into valuable chemical intermediates. Four subprojects contributed to this objective: 1. Nor(pseudo)ephedrine Synthesis (NpE): A two-step enzymatic cascade demonstrated broad substrate compatibility, enabling synthesis of variously substituted NpEs with good yield and stereoselectivity. 2. Brew Spent Grain (BSG) Recycling: NMR analysis highlighted L-arabinose as a recoverable derivative, while crystalline cellulose integrity was confirmed, paving the way for novel cellulose-based materials. 3. Hemp Valorization: Ethanol-extracted cannabidiol (CBD) was purified via vacuum distillation, with chemo-enzymatic methods yielding CBD analogs now under biological evaluation. 4. Bio-Strecker Degradation: Enzymatically generated hypohalites efficiently produced phenylacetaldehyde (BnCHO) in a flow-optimized process, showcasing industrial scalability. These efforts exemplify how green chemistry principles can transform agricultural waste streams into sustainable, high-value products.

Questo progetto di dottorato ha l’obiettivo di sviluppare processi scalabili e sostenibili per la conversione dei rifiuti agricoli in intermedi chimici di valore. Quattro progetti hanno incarnato questo obiettivo: 1. Sintesi della Nor(pseudo)efedrina: Una cascata enzimatica in due fasi ha mostrato un’ampia compatibilità con diversi substrati, consentendo la sintesi di NpE variamente sostituire con buona resa e stereoselettività. 2. Riciclo delle trebbie di birra esauste (BSG): L’analisi NMR ha evidenziato la possibilità di recuperare L-arabinosio, mentre è stata confermata l’integrità della cellulosa cristallina, aprendo la strada a nuovi materiali a base cellulosica. 3. Valorizzazione della canapa: Il cannabidiolo (CBD) estratto con etanolo è stato purificato mediante distillazione sotto vuoto; metodi chemo-enzimatici hanno permesso di ottene-re analoghi del CBD attualmente in fase di va-lutazione biologica. 4. Degradazione Bio-Strecker: Ipoaliti generati enzimaticamente hanno permesso la produzione efficiente di fenilacetaldeide (BnCHO) in un processo ottimizzato in flusso, dimostrandone la scalabilità industriale. Questi risultati dimostrano come i principi della chimica verde possano trasformare i flussi di rifiuti agricoli in prodotti sostenibili ad alto valore aggiunto.