instrukcja enzymatyczna redukcja zwiazkow karbonylowych i wiazan CC.doc

Politechnika Śląska

Wydział Chemiczny

Katedra Chemii Organicznej,

Bioorganicznej i Biotechnologii

Enzymatyczna redukcja związków karbonylowych i wiązań C=C

Opracował: mgr inż. Tadeusz Gorewoda

Prowadzący: mgr inż. Roman Komor

Sala nr 7 Nowa Chemia 1

Gliwice 2010-10

1. Wstęp;

Już od prawie wieku drożdże piekarnicze (Saccharomyces cerevisiae) są obecne w syntezie organicznej. Przez ten czas stały się one jednymi z najbardziej popularnych biokatalizatorów komórkowych, stosowanych w różnych typach reakcji. Jednym z szerszych zastosowań tych organizmów są reakcje redukcji. pośród tych reakcji można wymienić: redukcje β-ketoestrów, diketonów i ketokwasów; redukcje α-hydroksyaldehydów i α,β-hydroksyketonów do α,β-dioli; redukcję związków zawierających wiązanie C=C; redukcję aromatycznych i nienasyconych ketonów; redukcję związków nitrowych.[1] Wyżej wymienione reakcje mogą zachodzić dzięki obecności w komórkach drożdży enzymów z grupy reduktaz.

Podczas ćwiczenia zostaną przeprowadzone reakcje:

a) Redukcji β-ketoestru do β-hydroksyestru;

b) Redukcji wiązania podwójnego węgiel – węgiel;

1.1  Redukcja -ketoestru do -hydroksyestru

Spośród reakcji redukcji przebiegających z udziałem drożdży piekarskich najszerzej opisywaną grupą są redukcje β-ketoestrów do β-hydroksyestrów. Badania genomu S. cerevisiae wykazały 49 sekwencji kodujących białka zdolne do aktywności redukcyjnej. Wykazano różnice pomiędzy działaniem poszczególnych enzymów, ich aktywnością stereoselektywnością. Używając do reakcji wydzielone enzymy uzyskiwano doskonałe selektywności (>90% ee, >90% de). Użycie całych komórek drożdżowych dało w niektórych przypadkach nieco gorsze rezultaty.[2] Wiąże się to z faktem działania całej gamy enzymów. Dodatkowo taka metoda charakteryzuje się większą objętością mieszaniny reakcyjnej i większym balastem, niż użycie pojedyńczych enzymów. Jednakże za użyciem całych komórek drożdżowych przemawia istotny fakt, iż opisywane reakcje zachodzą z udziałem koezymu jakim jest NADPH (zredukowany fosforan dinukleotydu nikotyno-amidoadeninowego). Aby koenzym ten mógł się regenerować, wymagane jest dostarczenie drożdżom węglowodanów (np. glukozy).

Największą zaletą redukcji ketoestrów z użyciem drożdży jest selektywność reakcji. W przypadku α-niepodstawionych ketoestrów stwierdzono, iż wielkość podstawnika przy węglu C3 oraz podstawnika przy grupie estrowej wywiera istotny wpływ na enancjoselektywność reakcji. Wybierając odpowiednie podstawniki można więc uzyskać produkt o pożądanej konfiguracji z wysokim nadmiarem enancjomerycznym. Poniżej przedstawiono kilka przykładów:

Redukcja α-podstawionych ketoestrów wiąże się dodatkowo z diastereoselektywnością (powstają dwa centra chiralne). Także w tym wypadku udało się uzyskać wysokie nadmiary enancjomeryczne i diastereomeryczne dzięki użyciu różnych podstawników w pozycjach 2, 3 oraz przy grupie estrowej

Redukcja ketonów do alkoholi w klasycznej preparatyce organicznej może odbywać się na kilka sposobów. Główne z nich to:

a)                  Reakcje z wodorkami metali.

Najczęściej używanymi związkami są LiAlH4 (glinowodorek litu) oraz NaBH4 (borowodorek sodu). Reakcja z użyciem LiAlH4 jest dość ogólna - poza grupą karbonylową redukowane są także inne grupy obecne w substracie np. NO...