Resolução cinética mediada por lipase de Burkholderia cepacia

Abstract

A obtenção de apenas um dos enantiômeros em uma mistura racêmica tornou-se um desafio importante, visto que há uma relação íntrinseca entre o arranjo tridimensional de uma molécula e sua resposta biológica. Embora existam diversas metodologias descritas na literatura para resolução de racematos, ainda é necessário o desenvolvimento de metodologias mais eficazes, sustentáveis e com menor custo. Neste trabalho, foram avaliadas e otimizadas condições reacionais de uma metodologia de resolução cinética para o rac-1-feniletanol utilizando lipase de Burkholderia cepacia (BCL) em sua forma livre. A estratégia utilizada para o estudo dessa reação baseia-se na engenharia do meio reacional, ao avaliar o efeito de diferentes doadores de acila (acetato de vinila, butirato de vinila e decanoato de vinila) e solventes (heptano, tolueno e isooctano) na enantiosseletividade da reação. Em 5 horas de reação, os resultados de conversão das triagens do doador de acila e do solvente foram acima de 50% e com os excessos enantioméricos elevados, sendo a maioria >99%. Os resultados de conversão obtidos foram inesperados e a partir deles foi feita uma investigação diante de um possível processo de racemização do (S)-(-)- 1-feniletanol sem a adição de um agente de racemização. Para comprovar se uma resolução cinética dinâmica estava realmente ocorrendo, foram feitas duas reações: a primeira utilizando a enzima sem a presença do decanoato de vinila, a segunda utilizando o decanoato de vinila sem a presença da enzima; constatou-se que nenhum componente reacional estava realizando a racemização. Ao analisar o rendimento reacional, observou-se que estava abaixo de 50%, indicando que o álcool foi adsorvido pela enzima, resultado de uma forte interação de caráter polar; contudo, o éster ficava disperso nos solventes utilizados, formando uma interação de caráter apolar, ou seja, o fenômeno de partição entre o substrato (álcool) e o produto (éster) estava mascarando os valores de conversão das reações. Diante destes experimentos realizados para comprovar o processo de racemização, verificamos que a partição ocorreu para os demais ésteres, porém em menor escala. Portanto, como perspectiva futura deste trabalho será explorada a imobilização da BCL em diferentes suportes de modo a eliminar o fenômeno de partição.

The achievement of a single enantiomer in a racemate became a significant challenge since there is an intrinsic relation between the molecule’s three-dimensional arrangement and biological response. Although there are several methodologies described in the literature for the resolution of racemates, the development of more effective, sustainable, and low-cost methodologies is still needed. In this study, the reaction conditions of kinetic resolution methodology for rac-1-phenylethanol using Burkholderia cepacia lipase (BCL) in its free form were evaluated and optimized. The strategy used for studying this reaction is based on the reaction medium’s engineering when assessing the effect of different acyl donors (vinyl acetate, vinyl butyrate, and vinyl decanoate) and solvents (heptane, toluene, and isooctane) on the reaction’s enantioselectivity. In 5 hours of reaction, the conversion results of acyl donor and solvent screenings were above 50% and with high enantiomeric excesses, most of them >99%. These conversion results obtained were unforeseen, and from that, an investigation was carried out into a possible process of (S)-(-)-1-phenylethanol’s racemization without the addition of a racemization catalyst. To verify whether a dynamic kinetic resolution was occurring, two reactions were carried out: the first using the enzyme without the presence of vinyl decanoate, the second using the vinyl decanoate without the presence of enzyme; it was established that no reaction component was carrying out the racemization. When the reaction yield was analyzed, we observed that it was below 50%, suggesting that the alcohol was adsorbed by the enzyme, resulting from a strong polar interaction. Nevertheles the ester was dispersed in the solvents, forming a non-polar interaction. In other words, the phenomenon of partition between the substrate (alcohol) and the product (ester) was masking the reaction conversion values. Because of these experiments performed to prove the racemization process, we found that the partition occurred for the other esters, however, on a smaller scale. Therefore, as a future perspective of this work, the immobilization of BCL on different supports will be explored to eliminate the phenomenon of partition.