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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.75.2020.tde-04022020-172502
Documento
Autor
Nome completo
Erika Vanessa Meñaca Orozco
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2019
Orientador
Banca examinadora
Porto, André Luiz Meleiro (Presidente)
Marsaioli, Anita Jocelyne
Omori, Alvaro Takeo
Andrade, Leandro Helgueira de
Burtoloso, Antonio Carlos Bender
Schwab, Ricardo Samuel
Título em português
Promiscuidade enzimática de lipases na síntese de aldóis e 2H-cromenonas
Palavras-chave em português
adição aldólica
adição de Michael
biocatalysis
cromenos
factorial design
ligação carbon-carbon
lipases
Resumo em português

Este trabalho apresenta o estudo de duas classes de reações de amplo uso na síntese de moléculas orgânicas através de formação de ligações carbono-carbono, a adição aldólica e a adição de Michael. O estudo das reações catalisadas por lipases foi dividido em dois capítulos. No Capítulo 1 foi realizado um estudo comparativo da adição aldólica entre a cicloexanona (CHX) e o 4-cianobenzaldeído (4-CNB) catalisada pelas lipases de Pâncreas de Porco tipo II (PPL-II) e a lipase de Rhizopus niveus (LRN). A catálise pela PPL-II destacou-se pelo rendimento e seletividade do produto aldólico anti em 72 h de reação (74%, 81:19 anti:syn, eeanti = 74 % e eesyn = 48%) frente à catálise pela LRN que forneceu os aldóis em menores rendimentos e seletividades (40%, 73:23 anti:syn, eeanti = 52 % e eesyn = 15%). No Capítulo 2 foi abordada a adição de Michael (adição conjugada-1,2) de enolatos de β-dicetonas cíclicas a aldeídos α,β-insaturados, catalisada pelas lipases PPL-II e de Pseudomonas fluorescens (LPF) para a síntese de 2H-cromenonas, compostos presentes em produtos naturais e destacados pelas suas propriedades biológicas e aplicações em materiais fotoativos. A reação entre a 1,3-cicloexanodiona 1a e o crotonaldeído 2a catalisada pela PPL-II forneceu as 2H-cromenonas 3a, 4a e 5a. Seguidamente foi realizado um planejamento fatorial completo 24 variando a massa de PPL-II, os equivalentes molares dos reagentes 1a e 2a, o porcentual de água e a temperatura. Foram escolhidas as variáveis massa de PPL-II e a temperatura para um ajuste fino aplicando o planejamento de composto central 22 para encontrar a condição que levasse ao melhor rendimento da 2-hidroxi-2H-cromenona 4a. A melhor condição encontrada por esta metodologia (20 mg/0,1 mmol da 1,3-cicloexanodiona 1a e 50 °C) foi utilizada na ampliação do escopo da reação com outros aldeídos α,β-insaturados 2a-e que forneceram as 2-hidroxi-2H-cromenonas 4a-e em rendimentos entre 8-22% favorecendo os diastereoisômeros anti, porém, sem enantiosseletividades. A catálise da reação entre a 1,3-cicloexanodiona 1a e o crotonaldeído 2a pela LPF forneceu a 2-hidroxi-2H-cromenona 4a (93%), mesmo com a enzima inativada pela temperatura (>90 °C), constatando que a enzima realizou uma catálise proteica inespecífica. Portanto, a LPF apresentou uma excelente alternativa para a síntese de 2-hidroxi-2H-cromenonas. Assim, o escopo da reação foi ampliado variando-se os aldeídos α,β-insaturados 2a-c e as β-dicetonas cíclicas 1a-d fornecendo rendimentos entre 37- 93% para as 2-hidroxi-2H-cromenonas 4a-f, porém sem enantiosseletividades. Adicionalmente, foi realizada a reação de biotransformação da xxx-2H-cromenona 4a por células totais de fungos de ambiente marinho (Mucor racemosus CBMAI 847, Aspergillus sydowii CBMAI 934, Aspergillus sydowii CBMAI 935, Penicillium citrinum CBMAI 1185, Penicillium citrinum CBMAI 1186e Cladosporium sp.CBMAI 1237), resultando no produto 6 a partir da redução da ligação dupla conjugada com conversões entre 73-99% via catálise promovida por ene-redutases. Conclui-se que este trabalho demonstrou a importância do uso de enzimas promíscuas em síntese orgânica na formação da ligação carbono-carbono como uma eficiente metodologia biocatalítica.

Título em inglês
Enzymatic promiscuity of lipases in synthesis of aldols and 2H-chromenones
Palavras-chave em inglês
aldol addition
biocatalysis
carbon-carbon bond
chromenes
factorial design
lipases
Michael addition
Resumo em inglês
Herein, we present the study of two types of reactions commonly used in the synthesis of organic compounds to form carbon-carbon bonds, i.e., aldol addition and Michael addition, which were divided in two chapters. Chapter 1 showed a comparative study of aldol addition reaction using cyclohexanone (CHX) and 4-cyanobenzaldehyde (4-CNB) catalyzed by the Porcine Pancreatic Lipase type II (PPL-II) and Rhizopus niveus Lipase (LRN). The catalysis by PPL-II afforded better yield and selectivity of aldol anti-product in 72 h of reaction (74%, 81:19 anti:syn, eeanti = 74% and eesyn = 48%) and, the LRN resulted in lower yields and selectivities for aldol products (40%, 81:19 anti:syn, eeanti = 52% and eesyn = 15%). Chapter 2 presented the Michael addition (1,2-conjugated addition) of cyclic β-diketone enolates to α,β-unsaturated aldehydes catalyzed by PPL-II and Pseudomonas fluorescens Lipase (LPF) in the synthesis of 2H-chromenones. These compounds are widely found in nature and are well-known for their biological properties and applications in photoactive materials. The reaction using 1,3-cyclohexanedione 1a and crotonaldehyde 2a catalyzed by PPL-II provided 2H-chromenones 3a, 4a and 5a. In addition, it was performed a complete factorial design 24 in which the mass of PPL-II, the molar equivalents of 1a and 2a, the percentage of water and the temperature were evaluated. The mass of PPL-II and temperature were selected for a fine adjustment applying Central Composite Design 22 to obtain the better yield of 2-hydroxy-2H-chromenone 4a. The best condition found using this methodology (20 mg / 0.1 mmol of 1,3-cyclohexanedione 1a and 50 ° C) was applied to other α,β-unsaturated aldehydes 2a-e, resulting in the 2-hydroxy-2H-chromones 4a-e with yields 8 -22% favoring the anti-diastereoisomers, and did not show enantioselectivity. The catalysis of the reaction using 1,3-cyclohexanedione 1a and crotonaldehyde 2a by LPF provided 2-hydroxy-2H-chromenone 4a (93%). Similar yield of 4a was obtained when the enzyme was denatured (> 90 °C), showing that LPF performed a nonspecific protein catalysis. The catalysis by LPF presented an excellent alternative for the synthesis of 2H-chromenones like 4a and, the reaction scope was expanded using α,β-unsaturated aldehydes 2a-c and the cyclic ?-diketones 1a-d, affording 2-hydroxy-2H-chromenones 4a-f with yields 37-93%, and did not show enantioselectivities. In addition, the biotransformation reaction of 2-hydroxy-2H-cromenone 4a was carried out by cells of marine derived-fungi (Mucor racemosus CBMAI 847, Aspergillus sydowii CBMAI 934, Aspergillus sydowii CBMAI 935, Penicillium citrinum CBMAI 1185, Penicillium citrinum CBMAI 1186 and Cladosporium sp. CBMAI 1237), resulting in the product 6 with conversions ranging between 73 and 99% by ene-reductases. As a conclusion, this work demonstrated the importance of using promiscuous enzymes in organic synthesis in the carbon-carbon bond formation as an efficient biocatalytic methodology.
 
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Data de Publicação
2020-03-11
 
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