Síntese enzimática de ésteres de a-D-Glucose utilizando sólido fermentado contendo lipases de Burkholderia contaminans LTEB11

Abstract

Resumo: Os derivados de carboidratos são precursores de várias moléculas com muitas aplicações na área médica. Para a síntese destes compostos, é necessário a preparação prévia de blocos estruturais a partir da modificação regiosseletiva de carboidratos. Este é um processo complexo devido ao fato de os carboidratos apresentam múltiplos grupos hidroxila com reatividade química semelhante, necessitando de várias etapas de adição e remoção de grupos protetores. Uma alternativa promissora para realizar este tipo de reações regiosseletivas é a catálise enzimática, que proporciona um elevado grau de seletividade em uma única etapa, aplicando condições experimentais brandas. Neste trabalho, foi desenvolvido um novo processo para a acetilação enzimática de metil-?-D-glucopiranosídeo (?-MetGlc) com acetato de vinila, em reação catalisada pelo sólido fermentado contendo lipases de Burkholderia contaminans LTEB11. O produto principal da reação, metil-?-D-6-O-acetilglucopiranosídeo, foi purificado por cromatografia flash em coluna com sílica, identificado por RMN e quantificado por CLAE. A eficiência da síntese enzimática em escala laboratorial (4 mL de meio reacional) foi avaliada em diferentes sistemas de reação que continham, em adição de ?-MetGlc, somente acetato de vinila puro (sistema livre de solvente), acetato de vinila com dimetilformamida (1:1) e acetato de vinila com líquido iônico [emim][MeSO3] (1:1). Foi demonstrado que a conversão do substrato claramente aumenta com o aumento da hidrofobicidade do solvente utilizado no meio reacional, atingindo-se a maior conversão de 65% no sistema livre de solvente em 72 h. Posteriormente, foi aumentada a escala de produção nesta condição, utilizando-se 1 L de meio reacional, atingindo-se 76% de conversão em 72 h, com rendimento experimental de 1,047 g de metil-?-D-6-O-acetilglucopiranosídeo (pureza 90%), maior quantidade reportada atualmente aplicando sólido fermentado. Os resultados mostram que o sólido fermentado produzido por Burkholderia contaminans LTEB11 é um biocatalisador de baixo custo, com potencial para ser aplicado na síntese industrial de ésteres de ?-D-glucose. Palavras-chave: Ésteres de ?-D-glucose, lipases, Burkholderia contaminans LTEB11, sólidos fermentados, acetilação regiosseletiva, metil-?-D-glucopiranosídeo, sistemas livres de solvente, aumento de escala

Abstract: Derivatives of carbohydrates are precursors of molecules with many applications in medicine. The synthesis of these compounds requires the preparation of appropriate building blocks, which is done by regioselective modification of carbohydrates. Since carbohydrates have multiple hydroxyl groups with similar reactivity, chemical methods for regioselective modification are complex, with several steps involving the addition and removal of protective groups. Enzymatic methods are promising for this kind of reaction since a high degree of selectivity can be obtained in a single step carried out using mild conditions. We developed a new method for acetylation of methyl-?-D-glucopyranoside (?-MetGlc) with vinyl-acetate, with the reaction being catalyzed by a fermented solid containing lipases from Burkholderia contaminans LTEB11. The main product of the synthesis, methyl-?-D-6-O-acetylglucopyranoside, was identified by NMR and quantified by HPLC. The efficiency of the synthesis at laboratory scale (4 mL of reaction medium) was evaluated in different reaction systems containing, in addition to ?-MetGlc, only vinyl acetate (i.e. a solvent-free system), vinyl acetate with dimethylformamide (1:1) and vinyl acetate with the ionic liquid [emim][MeSO3] (1:1). The conversion increased with increasing hydrophobicity of the solvent system used, with the highest conversion (65% in 72 h) being obtained in the solvent-free system. This system was scaled up to a 1-L reaction medium. A conversion of 76% in 72 h was obtained, with a yield of 1,047 g of methyl-?-D-6-O-acetylglucopyranoside (90% purity). This is the largest amount of this carbohydrate derivative produced by enzymatic catalysis with fermented solid reported in the literature to date. These results suggest that the fermented solid produced by Burkholderia contaminans LTEB11, which is a low-cost biocatalyst, could potentially be used for the industrial production of esters of ?-D-glucose. Keywords: ?-D-glucose esters, lipases, Burkholderia contaminans LTEB11, fermented solids, regioselective acetylation, methyl-?-D-glucopyranoside, solvent-free system, scale-up