Efeito da porção alcoólica na resolução cinética enzimática de ésteres derivados do ácido 2-Bromo butírico : um bloco de construção quiral versátil

Abstract

Resumo: Lipases vem sendo empregadas com sucesso na obtenção de compostos enantiomericamente puros, especialmente álcoois e aminas quirais. No entanto, a enantiosseletividade desses biocatalisadores frente a ácidos carboxílicos e derivados, é usualmente baixa requerendo o estudo de estratégias capazes de melhorar o reconhecimento enzimático. Este trabalho teve como objetivo estudar a resolução cinética enzimática (RCE) de ésteres derivados do ácido 2-bromo butírico, um importante bloco de construção quiral, empregando lipases comerciais através de reações de transesterificação. Dentre as lipases testadas apenas a lipase de Candida antarctica B (CAL-B) e a lipase de Thermomyces lanuginosus (TLIM) apresentaram seletividade frente a porção acila do éster 2- bromobutanoato de etila apresentando valores de razão enantiomérica (E) considerados baixos, 3(S) para CAL-B e 3(R) para TLIM. A lipase CAL-B foi a escolhida para o estudo das otimizações das RCE através de alterações nas estruturas dos nucleófilos empregados na reação de transesterificação e de mudanças na porção alcóolica do éster (engenharia do substrato): tamanho da cadeia alquílica; presença de ramificações, insaturações, heteroátomos e quiralidade. As alterações na estrutura do éster resultaram em uma ligeira melhora no valor do E, sendo que o melhor valor observado foi igual a 5 para o éster 2-bromobutanoato de isobutila. A conversão da reação também se mostrou dependente da natureza da porção alcoólica, sendo que o aumento da cadeia hidrocarbônica e a presença de ramificações resultaram em um decréscimo na taxa de conversão e a presença dos heteroátomos, O e Cl, em um aumento significativo da conversão da reação. Para avaliar a influência da quiralidade, um 2-bromo éster derivado do (R)-1- feniletanol foi sintetizado e a RCE dessa mistura epimérica resultou na inversão da enantiopreferência da lipase CAL-B apresentando um valor de E=3(R). Adicionalmente o uso do (R)–1-feniletanol como nucleófilo também resultou na inversão da enantiopreferência enzimática frente a porção acila dos 2-bromo butanoatos. Os efeitos de inversão observados são inéditos para a lipase CAL-B, e nos permitiram modificar de forma simples a enantiosseletividade das reações enzimáticas através de alterações na estrutura dos substratos/nucleófilos.

Abstract: Lipases has been successfully employed in the obtainment of enantiomeric pure compounds, especially chiral alcohols and amines, however the enantioselectvity of theses biocatalysts in front of chiral carboxylic acids or derivatives was usually low requiring optimization studies. The present work aimed the enzymatic kinect resolution (EKR) of 2-bromo butyric esters, using lipase-mediated transesterification. Among the commercial lipases tested, only the lipases from Candida antarctica B (CAL-B) and Thermomyces lanuginosus (TLIM) catalyzed the reaction with enantioselectivity, however the enantiomeric ratios (E) of these EKR were low: 3(S) for CAL-B and 3(R) for TLIM. CAL-B was choosen to study the optimization of enzymatic resolution through changes on nucleophile structure and at the alcohol moiety of the 2-bromo butanoates, the substrate engineering approach. A series of 2-bromo esters was synthetized varying the hydrocarbon chain length, the presence of branches, insaturations, heteroatoms and chirality. The proposed modifications on alcohol moiety resulted in a slightly improvement of reaction enantioselectivty, the EKR of iso-butyl 2-bromo butanoate gives a E=5(R). We also could note the influence of alcohol moiety over the reaction conversion rate, the increasing of hydrocarbon chain length and the presence of branches resulted in a decrease of conversion rate, on the other hand the presence of electron withdrawing atoms O and Cl increased the rate of conversion. To study the influence of a chiral alcohol moiety over the CAL-b acyl enantioselectivity, a (R)-1-Phenylethyl 2-bromo ester was synthetized and the epimeric mixture submitted to EKR and surprisingly an enantiopreference inversion was observed (E =3(R)). To expand this effect, the use of (R) -1-Phenylethanol as nucleophile was tested and again the inversion was observed. These inversion effects from CAL-B mediated resolutions were inedits, and allowed the switching of enantiopreference through the simple manipulation of substrate/nucleophile structure.