Il chimico russo Aleksandr Michajlovič Butlerov scoprì nel 1861 la reazione del formosio detta anche reazione di Butlerov. Nell’esperimento originale riscaldò una soluzione di diossimetilene mescolata con idrossido di calcio e notò che soluzione cambiò colore e odore dolce e di zucchero bruciato, così assaggiò la soluzione e notò che era dolce come lo zucchero. Fin dal suo inizio, la reazione del formosio è stata sinonimo di produzione di zucchero.
Oskar Loew, che alla fine del 1880 migliorò la reazione del formosio, diede la forma classica della reazione e propose che il formosio potesse essere sorbosio, un isomero del fruttosio. Fischer e Baer scoprirono la polimerizzazione della gliceraldeide e/o del diidrossiacetone per produrre sorbosio e fruttosio, facendo progredire la nostra moderna comprensione durante i primi anni del 1900. È grazie alla sua ricca storia in mente che molti scienziati ritengono la reazione del formosio la migliore candidata per la sintesi prebiotica degli zuccheri.
È un complesso insieme autocatalitico di reazioni di condensazione della formaldeide per produrre zuccheri, polioli e idrossiacidi .
La reazione è particolarmente importante nell’ambito della chimica prebiotica in quanto potrebbe fungere da potenziale fonte abiotica di carboidrati e, in particolare, del ribosio elemento costitutivo dell’RNA.
La formaldeide era presente nello spazio interstellare, comete e particelle di polvere interplanetaria. Inoltre, esistono prove di produzione fotochimica ed elettrochimica di formaldeide nell’atmosfera primordiale a partire dal biossido di carbonio.
Chimica prebiotica
Nella biologia moderna, gli zuccheri si trovano negli elementi genetici (acidi nucleici) come parte della struttura portante, forniscono supporto strutturale e polimeri di accumulo di energia (polisaccaridi), promuovono percorsi di comunicazione tra cellule (glicoproteine) e sono una componente critica del metabolismo centrale (glicolisi, ciclo di Calvin, percorso del pentoso fosfato). Questa ubiquità nella biologia moderna ha portato alla ricerca di fonti prebiotiche di zuccheri disponibili alle origini della vita.
Gli zuccheri sono presenti negli acidi nucleici, nei polisaccaridi e sono una componente fondamentale del metabolismo come nella glicolisi, ciclo di Calvin e via dei pentoso fosfati.
In questo contesto, la reazione del formoso ha acquisito importanza perché a temperature elevate e condizioni basiche, genera autocataliticamente una moltitudine di zuccheri dalla formaldeide, compresi quelli con rilevanza biologica.
La reazione di formosio è catalizzata dall’idrossido di calcio o da un altro catione metallico bivalente. Il meccanismo coinvolge reazioni aldoliche e retro-aldoliche e isomerizzazione aldoso-chetoso con glicolaldeide, gliceraldeide, diidrossiacetone e zuccheri tetrosi che fungono da importanti intermedi
A partire dalla formaldeide si verificano, attraverso un complesso meccanismo che prevede più stadi, reazioni di condensazione aldolica, aldoliche inverse e isomerizzazione. Gli intermedi della reazione sono glicolaldeide, gliceraldeide, diidrossiacetone e tetrosio
reazione
Nel primo stadio lento la formaldeide dà luogo alla formazione di glicolaldeide. Nel secondo stadio veloce e si verifica la formazione di aldosi e chetosi di peso molecolare maggiore. Inoltre, è importante notare che un problema nella reazione del formoso sono i riarrangiamenti degli zuccheri in soluzioni alcaline per formare acidi saccarinici, ad esempio, il glucosio si riorganizza in acido idrossimetil-l-3-desossiribonico. In generale, si ottiene una varietà complessa di acidi insieme ad aldosi/chetosi
Applicazioni della reazione del formosio
La reazione del formosio è studiata per la sua potenziale applicazione pratica per la sintesi di carboidrati edibili e sulla loro sintesi selettiva. Inoltre costituisce un supporto per per lo studio di metodi catalitici per la sintesi di monosaccaridi e polioli rari e non naturali.
Tuttavia si è visto che la completa conversione della formaldeide porta a una miscela molto complessa di composti, che rappresenta uno svantaggio. Per ridurre al minimo il numero di composti prodotti, può essere utile una conversione parziale della formaldeide tramite una variazione dei parametri fisico-chimici.
