Desarrollo de procesos quimioenzimáticos selectivos. Aplicaciones de procesos multienzimáticos en cascada

Abstract

La Biocatálisis se ha consolidado como una de las herramientas sintéticas de mayor relevancia para la producción de compuestos orgánicos de forma acorde a los principios de la Química Sostenible, tanto desde un punto de vista académico como industrial. Las principales ventajas de las transformaciones sintéticas catalizadas por enzimas se hallan en su elevada selectividad y eficiencia, así como en las condiciones suaves de reacción en las que operan. En los últimos años, los avances en biología molecular y biotecnología han permitido, por medio de la evolución dirigida y el diseño racional de proteínas, el descubrimiento de nuevas actividades catalíticas y el diseño de biocatalizadores más eficaces. En esta Tesis Doctoral se han empleado tres de las clases de enzimas con mayor implementación en síntesis orgánica, como son las lipasas, alcohol deshidrogenasas y transaminasas, en diferentes procesos quimioenzimáticos que se han estructurado en dos bloques bien diferenciados. En el Bloque I se estudia la capacidad de las hidrolasas, y concretamente de las lipasas, para catalizar procesos no convencionales donde la enzima muestra una reactividad que difiere a la de su función natural. Así, en el Capítulo 1 se ha estudiado la oxidación de Baeyer-Villiger de cetonas cíclicas a través de una estrategia quimioenzimática mediada por la lipasa de Candida antarctica B (CAL-B). De esta manera, la enzima en combinación con el complejo urea-peróxido de hidrógeno (urea-hydrogen peroxide, UHP) cataliza la perhidrólisis del acetato de etilo, empleado como disolvente, generando el perácido intermedio (ácido peracético) en el medio de reacción que, posteriormente, es el responsable químico de llevar a cabo con éxito la formación de las correspondientes lactonas. En el Capítulo 2 se ha examinado la promiscuidad catalítica de distintas hidrolasas para formar enlaces C-C o C-N utilizando mezclas eutécticas de bajo punto de fusión (deep eutectic solvents, DES) como medio de reacción. De entre diversas hidrolasas estudiadas, se ha escogido la lipasa de páncreas porcino (PPL) para examinar su actividad promiscua, optimizando una metodología sintética eficiente para catalizar la adición aldólica de distintas cetonas alifáticas simétricas a derivados de benzaldehído empleando DES formados por mezclas de cloruro de colina (ChCl) y glicerol (Gly) en distintas proporciones molares. El Bloque II comprende tres ejemplos diferentes de cascadas biocatalíticas, bien en combinación con metales o bien involucrando sistemas multienzimáticos, para la síntesis asimétrica de alcoholes, empleando alcohol deshidrogenasas (ADHs), y/o aminas, con transaminasas (TAs). Así, en el Capítulo 3 se ha descrito una cascada secuencial aplicada a la síntesis de un precursor quiral del fármaco odanacatib a través de una reacción de acoplamiento cruzado catalizada por paladio y seguida de una biorreducción catalizada por la alcohol deshidrogenasa de Ralstonia sp. (RasADH). Además, en vista de los excelentes resultados, se ha estudiado el comportamiento de diferentes ADHs para reducir derivados de trifluoroacetofenona, y acceder a los dos enantiómeros posibles, observando que actúan con una elevada actividad y excelente selectividad sobre estos sustratos. En el Capítulo 4 se ha desarrollado una metodología diastereo- y enantioselectiva para sintetizar aminoalcoholes utilizando ADHs y TAs en una cascada que puede operar secuencial o concurrentemente. A partir de varias dicetonas (hetero)arílicas con los dos carbonilos diferenciados electrónicamente (generalmente una trifluorometilcetona y una metilcetona) se han podido obtener los cuatro posibles estereoisómeros con elevada selectividad empleando la combinación de ADH y TA adecuada con enantioselectividades complementarias. Por último, en el Capítulo 5 se ha optimizado una cascada secuencial para la transformación de alilbencenos, algunos de ellos de origen natural, en las correspondientes 1-arilpropan-2-aminas, comúnmente conocidas como anfetaminas, aminas ópticamente activas que poseen muy variadas aplicaciones terapéuticas. De esta manera, se ha combinado una oxidación de Wacker-Tsuji catalizada por Pd(II) y utilizando sales de Fe(III) como oxidante terminal en medio acuoso para formar las correspondientes 1-arilpropan-2-onas intermedias que, sin requerir su aislamiento, se han transformado en las (R) o (S)-anfetaminas utilizando transaminasas con la adecuada selectividad.