Caratterizzazione mediante spettroscopia NMR in fase solida di foglie e lettiera di quattro essenze forestali

Abstract

La velocità di degradazione del materiale vegetale che arriva al suolo dipende dalle caratteristiche chimico-fisiche dei residui che ne influenzano l’appetibilità e, dunque, la facilità con cui i microrganismi li degradano. Molti studi hanno evidenziato come elevate percentuali di lignina e di composti polifenolici possano limitare l’attività dei microrganismi, in quanto poche specie microbiche hanno un apparato enzimatico completo per la degradazione dei suddetti polimeri. Obiettivo del presente lavoro è l’analisi, tramite spettroscopia NMR in fase solida (CPMAS 13C-NMR), della composizione molecolare delle foglie e della relativa lettiera di 4 essenze forestali: Eucaliptus occidentalis Endl. (EO), E. camaldulensis Dehnh. (EC), Pinus halepensis Mill. (PI) Cupressus sempervirens L. (CI). I risultati sperimentali hanno dimostrato che le foglie delle quattro essenze forestali sono caratterizzate da distribuzioni differenti di gruppi alchilici (0-45 ppm). Infatti, CI e PI hanno picchi caratteristici centrati a 26, 30 e 32 ppm, mentre EO ed EC mostrano picchi non solo a 30 e 32 ppm ma anche a 19 e 39 ppm. La differente distribuzione dei segnali nell’intervallo 0-45 ppm è stata attribuita a una maggiore complessità molecolare dei gruppi alchilici in EO ed EC dovuta a un più elevato numero di ramificazioni rispetto ai sistemi alchilici in CI e PI. L’intervallo 45-70 ppm è normalmente assegnato a sistemi C-N e C-O di tipo etereo associati a strutture peptidiche, ligniniche o lignino-simili. I quattro spettri delle foglie di CI, PI, EO ed EC mostrano segnali a 48 (EO ed EC) e 56 ppm (EO, EC, CI e PI), indicando che nelle foglie di tutte le essenze forestali sono presenti residui di lignina, ma solo nelle due specie di eucalipto si può riconoscere un contributo più importante di sistemi peptidici. L’intervallo compreso tra 70 e 110 ppm (assegnato a sistemi saccaridici, ligninici e lignino-simili) non sembra essere utile per la differenziazione tra le quattro specie forestali dal momento che non si notano particolari differenze nel predetto intervallo. Al contrario, gli intervalli 110-160 e 160-190 ppm sono utili ai fini di una differenziazione tra le foglie delle quattro essenze forestali. Infatti, gli spettri di CI e PI mostrano un massimo a circa 130 ppm assegnato a sistemi aromatici C-sostituiti che sembra assente nello spettro di EO e solo accennato in quello di EC. Un massimo a 148 ppm, assegnato a sistemi aromatici O-sostituiti derivanti da unità guaiaciliche, è, invece, evidenziato in tutti gli spettri, mentre il massimo a 155 ppm, associato alla risonanza di sistemi aromatici O-sostituiti derivati da unità siringiliche è presente solo negli spettri di CI e PI. La differente distribuzione dei segnali aromatici (110-160 ppm) indica che in CI e PI le strutture lignino-simili sono molto più complesse che in EO ed EC, come atteso da dati di letteratura. Infine, due segnali attribuibili a due differenti forme di carbossili sono individuabili a 168 e 175 ppm in CI, EO ed EC. Di questi segnali, il primo a 168 ppm può essere associato a gruppi COOH liberi, mentre il secondo a 175 ppm può essere attribuito a carbossili impegnati in legami a idrogeno. Solo il segnale a 175 ppm è stato individuato nello spettro di PI. L’analisi degli spettri delle lettiere delle essenze forestali EO, EC e PI hanno evidenziato una generale riduzione delle intensità dei segnali associati ai sistemi aromatici e una semplificazione di quelli relativi ai sistemi saccaridici ed alchilici. Tale risultato indica che le unità più recalcitranti alla degradazione microbica nella lettiera è costituito da sistemi polimerici di natura saccaridica e alchilica. Il presente lavoro dimostra come la spettroscopia CPMAS 13C NMR sia molto utile per la caratterizzazione chimica di specie vegetali e lo studio delle trasformazioni chimiche e biochimiche cui esse sono soggette nella lettiera. Ringraziamenti. Tutti gli esperimenti