Rasemik benzoin asetattan lipaz katalizli hidroliz tepkimesi ile enantiyomerik saflıkta benzoin üretimi
Production of enantiomerically pure benzoin with lipase catalyzed hydrolysis reaction from racemic benzoin acetate
Yazar: BİNNAZ LURÇİ
Danışman: DOÇ. DR. EMİNE BAYRAKTAR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Alfa-hidroksi ketonlar = Alpha-hydroxy ketones ; Hidroliz = Hydrolysis ; Lipaz = Lipase

Özet:
Bu çalışmada, farmasotik önemi bulunan ve birçok değerli ilaç etken maddesinin çıkış bileşeni olanoptikçe saf benzoinin, rasemik benzoin asetattan hidroliz tepkimesi ile enzimatik olarak üretimiamaçlanmıştır. Enantiyomerik olarak saf ?-hidroksi ketonlar, sahip oldukları önemli fonksiyonelgruplar nedeniyle asimetrik sentezin vazgeçilmez yapı taşlarıdır ve biyolojik olarak etkin çeşitlimoleküllerin asimetrik sentezinde başlangıç maddeleridir.Optikçe aktif benzoini yüksek enantiyomerik aşırılıkta üretmek için gerçekleştirilen hidroliztepkimesini katalizleyen bir grup lipaz denenmiş ve en uygun lipazın Rhizopus arrhizus kaynaklı lipazolduğu görülmüştür (ee(P)=% 51). Tepkime süresinin etkisini görmek amacıyla 48 saatlik deneyleryapılmış ve 4.saatten sonra dönüşümün artmasından dolayı ee(P) düşmüştür. Sıcaklığın (30, 37, 45 ve50oC) ve karıştırma hızının (150, 200 ve 250 rpm) etkisi incelenmiş ve yaklaşık % 50 dönüşüm için30oC'de % 51, 250 rpm'de % 67 ee(P) değerine ulaşılmıştır. Ancak, 250 rpm'de çalışma zorluğuolduğu için deneyler 200 rpm'de (ee(P)=% 51) gerçekleştirilmiştir. Yine aynı enzim ile pH etkisiincelenmiş ve pH 6'da en yüksek ee(P) (% 51) değeri elde edilmiştir. Rasemik benzoin asetattın lipazkatalizörlüğünde gerçekleştirilen hidroliz tepkimesini en çok etkileyen üç parametre (substrat derişimi,pH ve enzim miktarı) için RSM ile belirlenen 20 adet deney yapılmış ve üç bağımsız değişkeninenantiyomerik aşırılığa etkisini gösteren denklem çözülerek optimum koşullar belirlenmiştir. Optimumkoşullar olarak belirlenen 75 mM substrat derişimi, pH 4.65 ve 75 mg enzim ile deney yapılmış, % 53enantiyomerik aşırılığa ulaşılmıştır. Ayrıca, rasemik benzoin asetatın hidroliz tepkimesi ileenantiyomerik saflıkta benzoin üretimine mikrodalga etkisi farklı sıcaklıklarda (60, 70, 80 ve 90oC) vefarklı pH'larda (6, 6.3, 6.5, 7) incelenmiş ve 2 dk gibi kısa bir sürede tüm sıcaklıklarda ve pH 6, 6.3 ve6.5'te yaklaşık % 50 dönüşüm ve % 50 ee(P) değerine ulaşılmıştır.Lipaz katalizörlüğünde gerçekleştirilen hidroliz tepkimesi ile elde edilen enantiyomerik aşırılığın fazlayükseltilememesinden dolayı optikçe saf benzoin üretimi, Rhizopus oryzae mikroorganizmasıkatalizörlüğünde gerçekleştirilmeye çalışılmıştır. Çoğalan mikroorganizmalar ses ötesi dalgalarkullanılarak parçalanmış ve gerçekleştirilen hidroliz tepkimeleri sonucu ee(P) değeri % 89'ayükseltilmiştir. Mikroorganizma kullanılan deneylerde pH etkisi 20 ve 30 kHz'lik ultrasonikhomojenizerler kullanılarak incelenmiştir. 20 kHz'lik homojenizer kullanıldığında pH 6'da % 96 ee(P)değerine ulaşılırken 30 kHz'lik homojenizer kullanıldığında pH 4'te % 89 ee(P) değerine ulaşılmıştır.Tüm tepkimeler sonunda (S)-benzoin elde edilmiştir.2007, 121 sayfaAnahtar Kelimeler: Lipaz, optikçe aktif, benzoin, rasemik benzoin asetat, enantiyomerik aşırılık, ?-hidroksi keton, hidroliz

Abstract:
In this study, the production of optically pure benzoin from rac-benzoin acetate by enzymatichydrolysis was aimed. It has pharmaceutical importance and is an important structucal unit in manydrugs. Enantiomerically pure ?-hydroxy ketones are building blocks in asymmetric synthesis for theirimportant functional group and important starting metarials in the asymmetric synthesis of biologicallyactive compounds.Different lipase type were used for production of optically active benzoin in high enantiomeric excess(ee) and the lipase from Rhizopus arrhizus was found the most agreeable one (ee(P)=51 %). Toinvestigate the effect of reaction time, experiments were carried out for 48 hours. Because ofincreasing conversion over 50 % after 4 hours, ee value decreased. Because of this reason the nextexperiments were carried out 4 hours. The effect of temperature (30, 37, 45 ve 50oC) and stirring rate(150, 200 ve 250 rpm) were investigated and the best results were found at 30oC 51 % ee(P), at 250rpm 67 % ee(P). But the experiments were carried out at 200 rpm (ee(P)= 51 %) because of thedifficulty of study at 250 rpm. Also, the effect of pH was investigated with the same enzyme and thehighest ee(P) (51 %) was observed at pH 6. Three parameters (concentration of substrate, pH andamount of enzyme) chosen as the most effective parameters, 20 experiments which were determinedby Response Surface Methodology (RSM) were carried out. The optimum conditions were substrateconcentration 75 mM, pH 4.65 and enzyme quantity 75 mg. 53 % enantiomeric excess was obtained atthis conditions. The effect of microwave on the production of enantiomerically pure benzoin withlipase catalyzed hydrolysis reaction was investigated at different temperatures (60, 70, 80 and 90oC)and pH (6, 6.3, 6.5 and 7). 50 % conversion and 50 % ee(P) were achieved at all temperatures and pHvalue of 6, 6,3, 6,5 in a short time like 2 minutes.Enantiomeric excess of lipase catalysed hydrolysis reaction wasn?t increased so much. For this reason,enantiomerically pure benzoin production was investigated with Rhizopus oryzae fungus. The growncells were smashed by ultrasound so the cells were homogenized. Enantiyomeric excess was increasedto 89 % using the homogenized cells in hydrolysis reaction. The effect of pH in experiments withfungus was also investigated by using ultrasonic homogenizer (20 and 30 kHz). 89 % ee(P) wasobtained at pH 4 by using 30 kHz ultrasonic homogenizer and 96 % ee(P) was obtained at pH 6 byusing 20 kHz ultrasonic homogenizer. (S)-benzoin was obtained in all reactions.2007, 121 pagesKey words: Lipase, optically active, benzoin, racemic benzoin acetate, enantiomeric excess, ?-hydroxy ketone, hydrolysis