reducerea cetoesterilor catalizată de...

Reducerea cetoesterilor catalizată de drojdii

O. Popa*, A.Vamanu*, I. F. Dumitru**, Gh. Campeanu*, Em.Vamanu*

*Univeritatea de Stiinte Agronomice si Medicina Veterinara, Facultatea de Biotehnologii, Bd Marasti 59, sector 1, tel. 012242576

**Centrul de Cercetari in Enzimologie, Genetica si Biotehnologii, Universitatea Bucuresti, fax 01-4113171

Reducerea ceto acizilor şi în special a derivaţilor lor de către drojdii este probabil una dintre cele mai studiate bioconversii microbiene a moleculelor mici deoarece conduce la intermediari chirali foarte valoroşi în sinteza asimetrică. Deşi această reacţie este cunoscută de mult timp (FRIEDMANN 1931-cf.[1]), în ultimii ani s-au făcut numeroase cercetări privind condiţiile optime de reacţie şi influenţa radicalilor alchil asupra randamentului global şi a excesului enantiomeric, explicându-se astfel discrepanţele existente între valorile comunicate de diferite colective [2, 3]. Câteva rezultate reprezentative sunt prezentate în tabelul 1.

Comparând volumul substituenţilor grupei carbonil (CH3–mică; CH2CO2Et-medie; ClCH2, BrCH2-voluminoase; CH2CO2C8H15 foarte voluminoasă) putem estima configuraţia produsului de reducere cu ajutorul regulei lui PRELOG (Figura 1). S-a dovedit însă că regula lui PRELOG are o aplicabilitate redusă în cazul acestui tip de reacţii. Această comportare este datorată faptului că drojdiile conţin mai multe enzime care pot cataliza reacţiile redox la grupările carbonil sau alcoolice.

V-grupa voluminoasa; m- grupa cu volum mic

Figura 1. Regula lui Prelog.

Cea mai elegantă metodă chimică de asigurare a stereoselectivităţii bioconversiei,

constă în modificarea structurii substratului. În cazul reducerilor, existenţa în vecinătatea grupei carbonil a două grupări de volume mult diferite va determina obţinerea preponderentă a unui anumit enantiomer, substratul selectând enzima ce realizează biotransformarea.

201

O. Popa, A.Vamanu, I. F. Dumitru, Gh. Campeanu, Em.Vamanu

Tabelul 1. Reducerea unor derivaţi ai β-cetoacizilor cu drojdii [4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1415,16,17]

drojdii O HO

Nr.crt R11. CH32. CH33. CH34. CF3

CH25. CH26. CH27. CCl8. CH29. C2H10. C2H11. C2H12. CH213. CH214. C3H15. C3H16. C4H17. CH218. CH219. CH220. CH221. CH222. CH223. CH224. CH225. CH226. CH227. CH228. CH229. n-C130. (CH31. Ph 32. 3-bu33. 3-pe34. O-tB35. OCH36. CH237. CH238. CH239. (CH

O O

R

202

O R 2 R1

R2 Configuraţia � (%) e.e. (%) C2H5 (S) 23 87 n-C4H9 (S) 58 90 t-C4H9 (S) 61 85 C2H5 (R) 70-80 45

Cl CH3 (S) 20-70 52-94 Cl C2H5 (S) - 55 Cl n-C8H17 (R) 67 100 3 C2H5 (S) 70-80 86 Br C2H5 (S) 40-50 98 5 CH3 (S) 44 89 5 C2H5 (R) 67 40 5 n-C8H17 (S) 67 98 CH2OH H (S) 59 87 N3 n-C8H17 (R) 80 98 7 H (R) - 100 7 C2H5 (R) - 96 9 C2H5 (R) 32 90-99 CH2CH=CH2 H (R) 35 99 CH2CH=CH2 K (R) 38 99 CH2CH=CH2 C2H5 (R) 54 80 CH2CH=CH2 t-C4H9 (R) 66 81 CH2C(CH3)=CH2 K (R) 55 >99 CH2C(CH3)=CH2 CH3 (R) 18 67 CH2C(CH3)=CH2 C2H5 (R) 15 18 CH2C(CH3)=CH2 t-C4H9 (R) 66 81 CH2CH=C(CH3)2 K (R) 59 99 CH2CH=C(CH3)2 CH3 (R) 73 92 CH2CH=C(CH3)2 C2H5 (R) 12 50 CH2CH=C(CH3)2 t-C4H9 - 0 - 5H31 K (R) 40 98 2)3CH3 H (R) - 100

C2H5 (S) - 100 tenil K (R) 40-60 99 ntenil K (R) 40-60 99 u C2H5 (R) 75 97 2Ph C2H5 (R) 45-73 20-71

CH2OCH2Ph i-C5H11 (S) 35 96 CH2OCH2Ph n-C6H13 (S) 10 96 SO2Ph CH3 (R) 80 97 2)3OCH2Ph K (R) 40-60 89

1 O R 2


203

Una din reacţiile cele mai studiate a fost reducerea 3-oxo-butanoatului de etil, [18, 19, 20] datorită numeroaselor utilizări pe care acest fragment chiral îl are în sinteza asimetrică. S-a arătat că rezultatul acestei reduceri depinde foarte mult de condiţiile de reacţie. Studiindu-se influenţa sursei de carbon utilizată (glucoză, fructoză, (R)-lactat, (S)-lactat, acetat, glicerină, manitol, gluconolactonă), s-a ajuns la concluzia că cele mai bune rezultate se obţin cu gluconolactona.

OEt

O O

OEt

OHO

( 1) (S-2)

Figura 2. Reducerea 3-oxo-butanoatului de etil.

Unii autori utilizează pentru bioconversie tulpini de S. cerevisiae menţinute timp de 4 zile într-o soluţie de etanol 5% [21,22,23]. S-a evidenţiat de asemenea influenţa concentraţiei substratului asupra purităţii optice a produsului. La concentraţii mici de ceto-ester (CH3) conduc predominant la enantiomerul (R). (R)-3-hidroxibutanoatului de etil se poate obţine prin depolimerizarea polihidroxibutiratului, cu H2SO4 în alcoolul corespunzător, sau prin reducerea acetoacetatului de etil cu Thermoanaerobium brockii [24]. Tabelul 2. Reducerea δ-tio-β-cetoesterilor cu drojdii

O O

RSOMe

O

OMeRS

HOS.ceresivisiaeC.guilliermondi

S.cerevisiae C. guillliemondi

(R)- (S)- R � (%) e.e. (%) � (%) e.e. (%) C2H5 55 70 41 85 n-C3H7 49 65 36 85 n-C4H9 67 70 53 80 n-C5H11 30 58 28 85 p-Cl-C6H4 40 50 30 80 C6H5 42 73 50 50


204

Reducerea β-cetoesterilor substituiţi cu sulf cu S.cerevisiae (NCYC 1765) conduce la hidroxiesterii corespunzători cu configuraţie (R), în timp ce reducerea cu Candida guilliermondi , permite obţinerea celuilalt enantiomer (Tabelul 2).

Un exemplu interesant îl constituie reducerea 4-clor-acetoacetaţilor deoarece aceştia reprezintă intermediari cheie în sinteza (L)-carnitinei [25,26].

L-carnitina se foloseşte la înlocuirea terapiei pacienţilor cu hemodializă, cât şi în profilaxia şi terapia diferitelor boli de inimă. În ultimul timp a crescut interesul pentru utilizarea L-propionil carnitinei ca agent protector pentru bolnavii cu ischemie.

Deşi este ieftin, racemicul (D,L) carnitinei nu se mai aplică în clinici deoarece enantiomerul D este dăunător.D-carnitina este transportată prin intermediul sistemului de transport activ al L-carnitinei din membrana celulară, micşorând concentraţia L-carnitinei din interiorul celulelor şi inhibând reacţiile specifice ale L-carnitinei.

+

(3) (R)-(4) (S)-(4)

Figura 3. Reducerea 4-clor-acetoacetatilor. 4-cloro-3-hidroxibutanoatul de alchil poate fi transformat în L(-) carnitină prin

încălzire cu trimetil amină şi hidroliză cu acid clorhidric (Figura 4). Etapele finale nu modifică configuraţia absolută a atomului de carbon din poziţia 3, obţinându-se deci produsul de interes terapeutic.

HO O

OR

HO O

OR(CH3)3N

(CH3)3N+

ClCl (5) (6)

HO O

OR(CH3)3N+

HO O

(CH3)3N+

OH

HCl

(7) (8)

Figura 4. Obţinerea (L)-carnitinei din 4-cloro-3-hidroxibutanoatul de alchil.

Cercetările lui Sih (1974) au ajutat la înţelegerea relaţiei existente între selectivitatea procesului şi mărimea restului alchil. Din datele prezentate în Tabelul 3 se observă posibilitatea influenţării stereochimiei procesului şi prin controlul concentraţiei substratului. Au fost izolate şi purificate trei enzime din drojdii cu rol activ în reducerea grupării 3-oxo din esterii acidului 4-cloracetoacetic [27, 28]. Dintre acestea, două conduc la obţinerea izomerului D, iar una la obţinerea izomerului L. Stereoselectivitatea dehidrogenazelor izolate din drojdia Saccharomyces cerevisiae depinde în mare măsură de mărimea substituenţilor

O O O

C l O R

O H H O O

C l ORCl OR


205

legaţi de gruparea carbonil a substratului. Nomenclatura CAHN-INGOLD-PRELOG poate conduce la confuzii în unele cazuri în care substituenţii mai puţin voluminoşi au prioritate mai mare. Din acest motiv, uneori este preferată nomenclatura D-, L-. Datele experimentale au demonstrat că alcool dehidrogenaza nu este cea mai importantă enzimă implicată în reducerea cetoesterilor de către drojdii, ea fiind specifică pentru aldehidele şi alcoolii cu catenă scurtă.

Tabelul 3. Influenţa lungimii catenei radicalului R şi a concentraţiei substratului (4-cloro acetoacetat de alchil) asupra configuraţiei sterice si puritaţii optice a alcoolului rezultat în

urma reducerii

0,045 M 0,135 M

n ee(R) ee(S) ee(R) ee(S)

1 - 0,65 - -

2 - 0,55 - 0,25

3 - 0,28 - -

4 - 0,30 - 0,22

5 0,75 - 0,08 -

6 0,92 - 0,70 -

7 0,93 - - -

8 0,95 - 0,90 -

9 0,95 - 0,90 -

10 0,94 - - -

12 0,98 - - -

O

O

O

O

H HHO OH

(3R) (3S)Cl Cl

(CH2)n-1CH3 (CH2)n-1CH3 n- numărul atomilor de carbon ai radicalului alchil Cetoester reductazele din drojdii răspund în mod diferit la variaţiile de mărime ale grupării alcoxi. În cele mai multe cazuri, prin reducerea cetoesterilor mediată de drojdii se obţin compuşi cu configuraţia D. Prin introducerea în molecula cetoesterului a unei grupe alcoxi mai voluminoase creşte “preferinţa’’ pentru compuşii cu configuraţia L, deşi există şi excepţii ( cazurile 15-17 din tabelul 1).

ZHOU şi colab. [27] sunt primii care propun ipoteza schimbării configuraţiei pe măsura creşterii mărimii grupei alcoxi şi o testează supunând reducerii seria omoloagă a esterilor acidului γ-cloracetoacetic, în care gruparea esterică variază de la C1 la C16. Nu există diferenţe semnificative în vitezele de reducere ale esterilor acidului γ cloracetoacetic pentru n=1-8 ( n= numărul atomilor de carbon din catena grupării esterice). O scădere drastică a

-


206

vitezei de reducere se observă începând cu n=12, reducerea ne având loc pentru n=16. Autorii menţionaţi arată că pe măsură ce lungimea catenei radicalului esteric creşte, se produce o modificare a configuraţiei produsului de reacţie. β cetoester reductazele ce catalizează reducerea au fost separate din fracţia citosolică a drojdiei.

-

-

Toate cele trei enzime sunt NADPH dependente. Una din aceste enzime cu masa moleculară 2.400.000 are proprietăţi fizice şi chimice specifice unei acid gras sintetaze şi reduce β-cetoesterii la carbinoli cu configuraţia D.

Tabelul 4. Constantele cinetice ale β cetoester reductazelor din SS..cceerreevviissiiaaee [28].

R Acid gras sintetază enzima D enzima L

KM (mM) k (s-1) KM (mM) k (s-1) KM (mM) k (s-1)

C2H5 1,82 303 1,00 0,21 1,00 6,60

C4H9 1,33 202 0,10 0,11 0,094 7,13

C6H13 1,82 252 0,20 0,23 0,028 6,87

C8H17 1,60 69 0,29 0,47 0,01 6,12 O O

ClOR

k-constanta de viteză; KM-constanta MICHAELIS- MENTEN

Celelalte două enzime (separate pe o coloană de hidroxiapatită) au mase moleculare mult mai mici. Una dintre ele (M=38.000) conduce la obţinerea carbinolilor cu configuraţia D, în timp ce enzima cu M=74.000 conduce la obţinerea izomerului L.

Se observă o scădere moderată a raportului k/KM pentru acid gras sintetază pe măsură ce mărimea catenei grupării esterice creşte. De asemenea, pe măsură ce volumul radicalului alchil creşte, scade KM, pentru enzima L, ceea ce determină o creştere a raportului k/KM. O altă cale de obţinere a produsului dorit se bazează pe represia enzimei ce conduce la izomerul nedorit. SHIEH şi colab [28] lucrează cu tulpina S.cerevisiae ATCC 26403 (βcetoester reductază-negativă) obţinând prin reducerea 4-clor-3-cetobutiratului de etil hidroxiesterul de configuraţie 3R cu un randament de 55% şi un exces enantiomeric de 90%.

-

Tot "tulpina şi starea fiziologică a microorganismului" sunt considerate de NAKAMURA [29] motivele pentru care prin reducerea aceluiaşi substrat se obţine izomerul 33RR. Autorul menţionat reuşeşte obţinerea produsului dorit prin modificarea agentului utilizat pentru imobilizarea celulelor de drojdie.

Controlul stereochimiei reducerilor microbiene poate fi realizat şi prin utilizarea sistemelor neapoase. Îmbunătăţirea performanţelor reducerilor microbiene în sisteme neapoase este datorată creşterii disponibilităţii substratului care se produce pe două căi: � creşterea coeficientului de transfer interfazic datorită aderării celulei la faza organică � permeabilizarea peretelui celular pentru substrat/produs prin acţiunea solventului

organic.


207

Tabelul 5. Influenţa suportului utilizat pentru imobilizarea celulelor asupra configuraţiei produsului de reducere a 4-clor-acetoacetatului de etil

Conc. substrat (mM) Suport Produs e.e (%)

10 - (+)-3R 42

20 - (+)-3R 27

50 - (+)-3R 15

20 alginat de calciu (+)-3R 16

20 caragenan (+)-3R 11

10 poliacrilamidă (+)-3R 3

10 poliuretan (-)-3S 82

50 poliuretan (-)-3S 82

Utilizarea mediilor organice au condus în unele cazuri la creşterea purităţii optice a produsului de reducere, probabil datorită activării/inhibării selective a unor enzime.

D`ARRIGO şi colab. [30] consideră anumiţi solvenţi (acetat de etil, metilterţbutil eter, clorură de metilen) ca nepotriviţi pentru a fi folosiţi ca medii pentru biotransformările microbiene (randamente de biotransformare mai mici de 3% în 24 h). Cei mai potriviţi solvenţi, în viziunea autorilor menţionaţi sunt n-hexanul, n-pentanul şi n-heptanul.

Studiiind comparativ reducerea cetoesterilor mediată de drojdii în apă şi benzen, NAKAMURA [31, 32] obţine schimbarea configuraţiei principalului produs de reacţie prin utilizarea mediului organic (Tabelul 6 ).

Autorii menţionaţi consideră că efectul solventului organic poate fi explicat pe baza scăderii concentraţiei substratului în stratul apos din imediata apropiere a celulelor prin folosirea mediilor neapoase. Cum prezenţa unei concentraţii scăzute de substrat favorizează obţinerea izomerului R, iar coeficentul de repartiţie al substratului este favorabil fazei organice, utilizarea benzenului ca mediu de reacţie va favoriza formarea acestui izomer.

Controlul selectivităţii stereochimice a procesului poate fi realizat prin adăugarea în mediul de biotransformare a unor compuşi de tipul alcoolului alilic, metil vinil cetonei (ce inhibă L enzima) sau a a haloacetaţilor (ce inhibă D-enzima).

Tabelul 6. Influenţa mediului de reacţie asupra stereochimiei reducerii cetoesterilor cu drojdii

R apă benzen (%) e.e. (%) Configuraţie (%) e.e. (%) Configuraţie

CH3 79 93 S 56 73 S C2H5 44 78 S 39 13 R C3H7 23 76 S 44 63 R C4H9 5 99 S 54 86 R C5H11 9 92 S 26 86 R (CH3)2CH 63 19 R 49 90 R


208

Tabelul 7. Influenţa inhibitorilor enzimatici asupra stereochimiei produsului reducerii cetoesterilor

O O

R1 OR2 R1 R2 Condiţii Configuraţie e.e. (%)

ClCH2 C2H5 obişnuite D 43

ClCH2 C2H5 + alcool alilic D 85

C2H5 CH3 obişnuite D 37

C2H5 CH3 + metil vinil cetonă D 89

C2H5 CH3 obişnuite L 15

C2H5 CH3 + ClCH2CO2-n(C4H9) L 69

ClCH2 C2H5 obişnuite L 43

ClCH2 C2H5 + ClCH2CO2-(C2H5) L 80 Reducerea esterului octilic (9) conduce la obţinerea (S)-hidroxiesterului (10) un

intermediar în sinteza acidului (R)-α-(+)-lipoic (13) cu un exces enantiomeric de 90% [33].

OC8H17

O O

ClOC8H17

O

Cl

HO

(9) (10)

Figura 5. Reducerea esterului octilic al acidului 5 clor-3 ceto-hexanoic Tot un intermediar pentru obţinerea acidului lipoic se poate obţine prin reducerea cetoesterului (11) cu S.cerevisiae imobilizată pe alginat de calciu [34] (figura 6).

O

(11) (R)- �-(+)- acid lipoic

(13) (12)

Figura 6. Obţinerea acidului (R)- α-(+)- acid lipoic Esterii cu structura (11) sunt reduşi enantioselectiv la β-hidroxicetoesterii (12). Compuşii de tipul (14,17) sunt enolizaţi în mare măsură în mediul apos. În timp ce în primul

CH3O

HCH3 O


209

caz, substratul este enolizat în proporţie de 65% în cel de-al doilea, procentul de enolizare depăşeşte 95%. În consecinţă, raportul celor doi diastereoizomeri este de 9:1 în primul caz, faţă de 2:3 în ultimul (Figura 7) .

CO2Et

O O

CO2Et

O H OH H

CO2Et

O OH

+S.cerevisiae

(14) (15) (16)

O O

CO2Et

O

CO2Et

OHO

CO2Et

OHH H

+S.cerevisiae

(17) (18) (19)

Figura 7. Obţinerea �-hidroxicetoesterilor ciclici prin reduceri mediate de drojdii.

Reducerile β-cetoesterilor substituiţi în poziţia 2 mediate de drojdii conduc la amestecuri de diastereoizomeri cu configuraţie S la noul centru chiral. Datorită racemizării, enolizării in situ şi reducerii preferenţiale unul dintre diastereoizomeri se obţine de obicei în exces (Figurile 8, 9).

H3C

H3CCO2Et

HO

H3C

O

CH3H

CO2Et

H3C

O

H

CO2EtH3C

drojdie

drojdie

HO H

HCH3

CO2Et

2(S) 3(S)

HO H

H

CO2EtH3C

H3C

H3C

2(R) 3(S)

Raport 2(S) 3(S) : 2(R) 3(S)=5:1

Figura 8. Reducerea 2-metil acetoacetatului de etil.


OR1

R2

R3OR1

R2

R3OR1

R2

R3

OR1

R2

R3OR1

R2

R3

HO O O O O

O

OO

OR1

R2

R3

HO

HO

OR1R2

R3

O O

OR1

R2

R3

O O

HO

HO

Figura 9. Reducerea 2-alchil �-cetoesterilor.

210

Tabelul 8. Produşi obtinuţi prin reducerea 2-alchil β-cetoesterilor [4, 5, 11, 35].

OR1R3

O O

R2

OR1

R2

R3

OHO

R1 R2 R3 � (%) e.e (%) 1. Et Me H 25 100 2. Me Me Me 71 100 3. Et Et H 70 90 4. i-Pr Me H 78 90 5. Et Me Me 75 100 6. t-Bu Me Me 57 100 7. n-C8H17 Me Me 82 98 8. Et CH2CH=CH2 Me 84 100 9. t-Bu CH2CH=CH2 Me 36 100 10. Et n-C4H9 Me 22 100 11. Me Me CH=CHPh 7 95 12. Et OH Me 68 >90 13. Et OH Et 72 >90 14. Et OH n-C4H9 67 >90 15. Me SPh Me 40 96 16. Et SMe Et 44 96


211

În multe cazuri, amestecurile racemice de β-cetoesteri substituiţi în poziţia 2 pot fi reduşi cu diastereo şi enantioselectivitate ridicată, datorită faptului că cele două forme enantiomere pot ajunge la echilibru prin intermediul formei enolice (fig. 8, 9) [36]. Produşii cu enntioselectivitate L se obţin atunci când radicalul R2 este puţin voluminos. Reducerea conduce la un amestec de diastereoizomeri (2R,3S) şi (2S,3S). Datele din tabelul 8 dovedesc că şi natura grupării alcoxi poate influenţa stereoselectivitatea reducerilor β-cetoesterilor α-substituiţi.mediate de drojdii. În afara produşilor prezentaţi în Tabelul 8 pot fi menţionaţi 3-hidroxi-2metil pentanoatul de metil şi 3 hidroxi-2-metil butanoatul de metil care au fost obţinuţi prin reducerea precursorilor heterociclici [37].

Utilizând enzime purificate din drojdia de panificaţie 2-metil 3oxobutanoatul de benzil (Figura 10)a fost redus la un amestec anti şi sin cu exces enantiomeric de 99%, respectiv 84% [38].

O O

OCH2Ph

O

OCH2Ph

O

OCH2Ph+

HO HO

(20) (21a) (21b)

Figura 10. Reducerea 2-metil 3oxobutanoatul de benzil.

Reducerea β-cetoesterilor δ-tio substituiţi cu Saccharomyces cerevisiae NCY1765 a condus la obţinerea hidroxiesterilor corespunzători cu configuraţia R, în timp ce prin reducerea cu Candida guilliermondi au fost obţinuţi hidroxiesterii cu configuraţie S (Tabelul 9).

Tabelul 9. Produşi obtinuţi prin reducerea δ-tio β-cetoesterilor

O O

OMeRS

O

OMeRS

HO

R η (%) –(R) e..e. (%)- (R) η (%) –(S) e..e. (%)- (S) 1. C2H5 55 70 41 85 2. n-C3H7 49 65 36 85 3. n-C4H9 67 70 53 80 4. n-C5H11 30 58 28 85 5. p-Cl-C6H4 40 50 30 80 6. C6H5 42 73 50 50

*coloanele 3-4 S.cerevisiae NCY1765; coloanele 5-6 C.guilliermondi

Reducerea β-cetoesterilor substitiţi în poziţia α cu o grupare sulfenil a fost propusă ca alternativă pentru reducerea cetoesterilor deoarece gruparea α-sulfenil poate fi indepărtată relativ uşor prin oxidare cu acid clorperbenzoic (-78oC) urmată de tratare cu Al(Hg). Deşi randamentele sunt modeste, ee.96%. Cu toate că în urma reducerii se obţine un amestec syn-anti, trebuie remarcat faptul că întotdeauna s-a obţinut la C3 configuraţia S (Tabelul 10).


212

Tabelul 10. Reducerea α-sulfenil β-cetoesterilor

O OOO

+HOHO

R1SR2

OR3R1R1

SR2SR2

OR3OR3SS

sin anti R1 R2 R3 � (%)-sin � (%)-anti

1. Me Me Me 52 20 2. Me Me Et 37 25 3. Me Me t-Bu 31 44 4. Me Ph Me 33 7 5. Me Ph Et 36 13 6. Et Me Et 21 23

Reducerea derivaţilor furil-α cetoacizilor a fost studiată pentru obţinerea intermediarilor fragmentelor cu structura (22) utilizaţi pentru obţinerea unor produşi cu activitate farmacologică de tipul: (S)-pindolului, (S)-timololului, (S)-propanololului [39]

.

(22)

R'OOH

NHR

Diferiţi compuşi cu structură de tip (22) pot permite obţinerea precursorilor necesari

sintezei altor aminoalcooli cu activitate �-blocantă.

O

O

OR R

O

OOH

S.cerevisiae

(23) (24)

Figura 11. Reducerea derivatilor furil-� cetoacizilor.

Schema principalelor reacţii utilizate pentru sinteza (S)-oxazolidonei, intermediarul

cheie în obţinerea (S)-propanololului este prezentată în Figura 12 .


213

O

O NH2OH OH

NH2O O OH

NaBH4

NH

MeONa(CO)OEt2

NHO

OO

NaBH4/MeOH 20 C

LAH

LAH/THF -70 C00

O3/MeOH(-30 C)0

O

ON

OH

HO

ON

O

TsO

O NH

(S)oxazolidinona

=η 65%

Figura 12. Obţinerea S oxazolidonei.

Tabelul 11. Influenţa substituentului şi a condiţiilor de reacţie asupra reducerii derivaţilor

furil-α cetoacizilor

R � (%) e.e. (%) Condiţii

OMe 30-40 50 mediu apos

NH2 45 82 mediu apos

45 98 2-propanol (30 ml/l) Datorită largii răspândirii a γ şi δ lactonelor în natură s-au făcut numeroase studii pentru obţinerea lor în formă optic activă prin reducerea cetoesterilor corespunzători cu drojdii [40,41,42].

R1 (CH2)xCO2R2

O O

O

O

O

R1

(26) (27)

(25a,b) a: x=2 b: x=3

Figura 13. Reducerea � şi � cetoacizilor cu drojdii.


214

Tabelul 12. Influenţa substituenţilor R1 şi R2 asupra randamentului şi excesului enantiomeric la reducerea γ cetoacizilor

R1 R2 �(%) t [h] e.e. (%) Configuraţie

a CH3 C2H5 10-15 48 - S

b CH3 H 10 24 46 S

c CH3 CH3 30 24 85,6 S

d C2H5 H 16 24 >98 R

e C2H5 CH3 44 24 83 R

f C3H7 H 39 24 >98 R

g C4H9 H 44 24 >98 R

h C5H11 H 77-82 24 >99 R

i C6H13 H 85 24 >99 R

j C7H15 H 72-90 24 >99 R

k C8H17 H 60-71 24 >99 R

l C8H17 CH3 41 24 94 R

m C11H23 K 50 48 >98 R

n C6H5 K 31 160 >95 S Din tabelul 12 se observă că în general cu cât creşte lungimea catenei radicalului R1 cu atât randamentul şi excesul enantiomeric (în favoarea configuraţiei R) sunt mai bune. Studiile întreprinse [43] au demonstrat că în cazul reducerii δ cetoesterilor influenţa pH-ului este nesemnificativă în intervalul 4,7-7,0. În general δ cetoacizii sunt reduşi cu o viteză mai mare decât δ cetoesterii corespunzători probabil datorită scăderii solubilităţii în apă a substratului pe măsura creşterii restului acil. Recent, au putut fi reduşi cu drojdii o serie de derivaţi aril-alchenil, respectiv aril-alchil ai γ şi δ cetoacizilor la lactonele corespunzătoare cu rezultate bune.


215

Tabelul 13. Influenţa substituenţilor R1 şi R2 asupra randamentului şi excesului enantiomeric la reducerea δ cetoacizilor

R1 R2 �(%) t [h] e.e. (%) Configuraţie a CH3 H 0 48 - - b CH3 C2H5 0 48 - - c C2H5 H 6 48 >98 R d C2H5 C2H5 11 48 >98 R e C3H7 H 13-30 24 83 R f C3H7 C2H5 58 48 >98 R g C4H9 H 35 24 95 R h C4H9 K 67 24 98 R i C4H9 C2H5 71 48 >98 R j C5H11 H 30-47 24 >98 R k C6H13 H 30 24 >98 R l C7H15 H 35-56 24 >98 R m C8H17 H 54 48 >98 R n C8H17 K 54 48 >98 R o C8H17 K 21 48 >98 R p C11H23 CH3 29 24 57 R q C11H23 H 40 48 >98 R r C11H23 K 40 48 >98 R s C11H23 C2H5 0 48 - - t C13H27 K 17 48 >98 R

(28) (29)

(30) (31)

Figura 14. Reducerea aril-alchenil si aril-alchil cetoesterilor cu drojdii.

Ph

O(CH2)n COOH O

(CH2)n

OS

S.cerevisiaeη=70−80%

a:n=1b:n=2

e.e=10%e.e=70%

COOH

O

Ph(CH2)n (CH2)m

S.cerevisiaeη=70−80% OO

(CH2)n

Ph(CH2)n

92% e.e100% e.e40% e.e.93% e.e.

a: n=m=1 n=1;m=2 n=2;m=1 n=m=2


216

BIBLIOGRAFIE 1 Lemieux R.U. , Giguere J., (1951); Can. J.Chem., 29:678. 2 Shieh W. R., Sih C.J., (1985), J. Am.Chem. Soc. 107:2993. 3 Shieh W. R., Sih C. J., (1993), Tetrahedron:Asymmetry 4:1259. 4 Manzocchi A., Casati R, Fiecchi A., Santaniello E. (1986) J.Chem.Soc. Perkin Trans. 1:2753. 5 Nakamura K., Higaki M., Ushio K., Oka S., Ohno A. (1985), Tetrahedron Lett. 26:4213. 6 Ushio K., Inouye K., Nakamura K., Oka S., Ohno A. (1986), Tetrahedron Lett. 27:2657. 7 Fráter G., Müller U., Günther W. (1984), Tetrahedron 40:1269. 8 Heidlas J., Engel K. E., Tressl I. (1988), Eur.J.Biochem. 172:633. 9 Zhou B.N., Gopalan A.S., Van Middlesworth F., Shieh W.R., Sih C.J. (1983), J. Am. Chem. Soc 105: 5925. 10 Seebach D., Renaud P., Schweizer W.B., Zueger M.F. (1984), Helv.Chim.Acta 67:1843. 11 Fuganti C., Graselli P., Casati P., Carmeno M. (1985), Tetrahedron Lett. 26:101. 12 Nakamura K., Kaway Y., Oka S., Ohno A. (1989), Tetrahedron Lett. 30:2245. 13 Hirama M, Shimizu M., Iwashita M. (1983), J.Chem.Soc.Chem.Commun. 599. 14 Naoshima Y., Munakata Y., Nishiyama T., Maeda J., Kamezawa M., Haramaki T., Tachibana H. (1991), Word J.Microbiol. Biotechnol. 7:219. 15 Crump D.R., (1982), Austr.J.Chem. 35:1945. 16 Seebach D., Eberle M., (1987), Synthesis 37. 17 Cervinka O., Hub L., (1966), Collect.Czech.Chem.Commun. 31:2615. 18 Hamdani M., De Jeso B., Deleuze H., Maillard B., (1991), Tetrahedron:Asymmetry 2(9):867. 19 Hamdani M., De Jeso B., Deleuze H., Maillard B. (1993), Tetrahedron:Asymmetry 4:1233. 20 Hamdani M., De Jeso B., Deleuze H., Maillard B. (1993), Tetrahedron:Asymmetry 4:1229. 21 Seebach D., Roggo S., Maetzke T., Braunschweiger H., Cercus J., (1987), Krieger M.; Helv.Chim.Acta 70:1605. 22 Mori K., Tanida K. (1981), Tertrahedron 37:3221. 23 Hungerbuhler E., Seebach D., Wasmuth D. (1981), Helv.Chim.Acta 64:1467. 24 Seebach D., Züger M.F., Giovannini F , Sonnleitner B., Fiechter A. (1984), Angew.Chem. 96(2):155. 25 Jung H., Jung K., Kleber H.P. (1993), Adv.Biochem.Eng. 50:22. 26 Simon H., Bader J., Günther H., Neumann S., Thanos J. (1985), Angew.Chem. 97:541. 27 Zhou B., Gopalan A., Van Middlesworth F., Shieh W.R., SIH C.J. (1983) J. Am .Chem. Soc.105:5925. 28 Shieh W.R. ,Gopalan A., Sih C.J. (1985), J. Am .Chem. Soc. 107:2993. 29 Nakamura K., Higaki N., Ushio K. Oka S., Ohno A. (1985) Tetrahedron Lett. 27:4215. 30 D`Arrigo P., Fantoni G.P., Servi S., Trini A. (1997), Tetrahedron Asym.8:2377. 31 Nakamura K., Kondo S., Nobuioshi N., Ohno A. (1995), Tetrahedron 51:690. 32 Nakamura K., Kondo S,. Kawai Y., Ohno A. (1991), Tetrahedron Lett. 32:7070. 33 Gopalan A.S., Jacobs H.K. (1990), J.Chem.Soc. Perkin Trans. 1:1897. 34 Dasaradhi L, Fednavis N.W, Bhalerao U.T. (1990), J .Chem. Soc. Chem. Commun. 729. 35 Deol B.S., Ridley D.D., Simpson G.W. (1976), Aust. J. Chem. 29:2459. 36 Nakamura T., Miyiai K., Nozaki K., Ushio K., Oka A., Ohno A. (1986), Tetrahedron Lett. 27:3155. 37 Hoffmann R.W., Helbig W., Ladner W. (1982), Tetrahedron Lett.23:3479.


217

38 Furuichi A., Akita H., Matsukura H, Oishi T., Horikoshi K. (1985), Agric. Biol.Chem. 49:2563. 39 Pedrocchi-Fantoni G., Redaelli S., Servi S. (1992), Gazz.Chim.Ital. 122:499. 40 Utaka M., Watabu H., Takeda A. (1987), J. Org. Chem. 52:4363. 41 Naoshima N., Ozawa H., Kondo M., Hayashi S. (1963), Agric. Biol. Chem. 11:389. 42 Mori K., Otsuka T. (1985), Tetrahedron 47:547. 43 Aquino M., Cardani S., Fronza G., Fuganti C., Pulido-Fernandez R., Tagliani A. (1991), Tetrahedron 47:7887.

Reducerea cetoesterilor catalizată de drojdiiTabelul 1. Reducerea unor derivaþi ai Tabelul 3. Influenţa lungimii catenei radicalului R şi a con

Tabelul 4. Constantele cinetice ale (-cetoester reductazelor din S.cerevisiae [28].ConfiguraţieConfiguraţieRBIBLIOGRAFIE

reducerea cetoesterilor catalizată de...

Documents