Empleo de polifosfacenos como soportes enzimáticos. Preparación de compuestos enantioenriquecidos mediante procesos biocatalíticos tándem o dinámicos

Abstract

El desarrollo en el campo de la Biocatálisis se ha visto acrecentado de tal modo durante los últimos años que ya se considera una herramienta eficaz y complementaria a otras metodologías para la preparación de compuestos orgánicos enantioenriquecidos. Los enzimas empleados como catalizadores son capaces de llevar a cabo reacciones con excelente quimio-, regio- y estereoselectividad actuando en condiciones suaves de reacción. Además, los biocatalizadores son biodegradables con la consiguiente ventaja de tipo medioambiental. En las últimas décadas el descubrimiento de su actividad en disolventes orgánicos unido al desarrollo de técnicas de ingeniería genética y biología molecular ha motivado, y cada vez en más medida, el interés del sector industrial por la aplicación de procesos biocatalíticos en la preparación de compuestos enantioenriquecidos de interés farmacológico, agrícola o alimenticio. Esta Tesis Doctoral se ha dividido en una introducción general y luego los resultados obtenidos se han estructurado en dos bloques bien diferenciados. En la introducción se define el concepto de Biocatálisis haciendo hincapié en su desarrollo histórico así como en las tendencias actuales y las perspectivas futuras. Además se exponen las diferentes metodologías y estrategias sintéticas utilizadas en esta Memoria para la inmovilización enzimática y la preparación de compuestos enantioenriquecidos de alto valor añadido. En el primer bloque, que ha dado lugar a dos publicaciones, se describe la síntesis de nuevos polifosfacenos funcionalizados y su posterior aplicación como soportes enzimáticos. En el primer artículo se describe el estudio de la inmovilización de la alcohol deshidrogenasa de Rhodococcus ruber ADH-A y la lipasa de tipo B de Candida antarctica (CAL-B) de manera covalente sobre el polímero. Además de estudiar la estabilidad térmica de estos nuevos biocatalizadores, la ADH-A anclada demostró una gran capacidad para poder ser reutilizada durante varios ciclos de reacción y pudo almacenarse durante largos periodos de tiempo sin que la actividad y la selectividad enzimática se vieran afectadas. Los resultados de este trabajo se encuentran recogidos en: ¿Polyphosphazenes as tunable supports to immobilize alcohol dehydrogenases and lipases¿. Biomacromolecules 2010, 11, 1291-1297. En el segundo proyecto se desarrollaron diversos polifosfacenos con diferente grado de funcionalización para ser utilizados como soportes en la inmovilización covalente de la fenilacetona monooxigenasa de Thermobifida fusca (PAMO). Además, se llevó a cabo la co-inmovilización de esta junto con la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa necesaria para reciclar el cofactor pirimidínico NADPH con el fin de generar un biocatalizador redox autosuficiente. Ambas preparaciones enzimáticas demostraron tener una selectividad comparable a la del enzima en disolución y pudieron ser reutilizadas durante varios ciclos de reacción. Los resultados de este trabajo de investigación se encuentran publicados en: ¿Immobilized redox enzymatic catalysts: Baeyer-Villiger monooxygenases supported on polyphosphazenes¿. J. Mol. Catal. B: Enzym. 2012, 74, 178-183. El segundo bloque de esta Tesis Doctoral, recogido en tres publicaciones, aborda la preparación de compuestos enantioenriquecidos de alto valor añadido a través de procesos dinámicos y de tipo tándem. El tercer trabajo de investigación muestra un amplio estudio de la obtención de ß-hidroxiésteres sustituidos en posición ¿ de manera enantio- y diastereomericamente pura por biorreducción de los ¿-alquil-ß-cetoésteres de partida a través de procesos de resolución cinética dinámica (DKR) catalizados por alcohol deshidrogenasas tanto purificadas como sobreexpresadas en Escherichia coli. Los resultados se encuentran publicados en: ¿Access to enantiopure ¿-alkyl-ß-hydroxy esters through dynamic kinetic resolutions employing purified/overexpressed alcohol dehydrogenases¿. Adv. Synth. Catal. 2012, 354, 1743-1749. En el cuarto proyecto se muestra la aplicación de diferentes ¿-transaminasas como catalizadores en procesos de DKR aplicados a la síntesis de ß-aminoésteres sustituidos en posición ¿ de manera enantio- y diastereoenriquecida estudiando el efecto causado en la selectividad del enzima la variación del tamaño en los sustituyentes o la presencia de un sistema cíclico en los sustratos de partida, algunos ya empleados en el estudio anterior. Así, se han modificado los sustituyentes tanto en posición ¿ al carbonilo como el resto unido al grupo éster. Los resultados de este trabajo de investigación han sido enviados recientemente para su publicación: ¿Moving forward dynamic kinetic protocols: Transaminase-catalyzed synthesis of ¿-substituted ß-amino ester derivatives¿. Chem. Eur. J. 2013, ID: 10.1002/chem.201302428. Por último, en el quinto artículo se ha desarrollado una ruta sintética basada en la biorreducción simultánea de dos sustratos (una ¿-azido cetona y una ¿,ß-alquinilcetona) catalizada por una alcohol deshidrogenasa, y la posterior cicloadición [3+2] de los alcoholes enantiopuros formados catalizada por Cu(I), obteniéndose así los derivados de 1,2,3-triazol con dos centros estereogénicos definidos. La combinación de ambos procesos se llevó a cabo en un proceso tándem secuencial en un mismo recipiente. Además se ha utilizado una metodología barata y fácilmente reciclable para generar el catalizador de Cu(I). La mayor parte de los resultados se encuentran recogidos en el artículo de investigación: ¿Coupling biocatalysis and click chemistry: one-pot two-step convergent synthesis of enantioenriched 1,2,3-triazole-derived diols¿. Chem. Commun. 2013, 49, 2625-2627.