Rasemik 1-fenil 1-propanolün lipaz katalizörlüğünde enantiyoseçimli esterleşme tepkimesiyle kinetik rezolüsyonu
Kinetic resolution of racemic 1-phenyl 1-propanol by enantioselective esterification with lipase catalyzed
Yazar: FATMA KARADENİZ
Danışman: PROF. ÜLKÜ MEHMETOĞLU
Ankara Üniversitesi / Biyoteknoloji Enstitüsü
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya = Chemistry

Özet:
Enantiyomerik saflıktaki kiral alkoller pek çok farmakolojik ürünün çıkış maddesidir. Bu çalışmada ilaç etken maddesi üretiminde geniş kullanım alanına sahip olan rasemik 1-fenil 1-propanolün lipaz enzimi biyokatalizörlüğünde enantiyoseçimli esterleşme tepkimesiyle kinetik rezolüsyonu gerçekleştirilmiştir. 1-fenil 1-propanol türevleri kanser tedavisinde kullanıldığı gibi diğer bir türevi olan (-)-Efedrin HCI, solunum açıcı olarak bilinen ilaçlar grubunda yer almaktadır. Enantiyomerlerin biyolojik aktiviteleri çoğunlukla farklıdır. Bir enantiyomer istenen aktiviteye sahipken inaktif olan diğer enantiyomer farklı ve çoğu zaman zararlı özelliklere sahiptir. Bundan dolayı 1-fenil 1-propanolün enantiyomerik saflıkta üretimi önemlidir. Bu çalışmada rasemik 1-fenil 1-propanolün enantiyoseçimli esterleşme tepkimesi ile kinetik rezolüsyonuna enzim, açil verici, çözücü türü, açil verici/alkol mol oranı, moleküler elek miktarı, sıcaklık ve enzim miktarı etkisi incelenmiştir. Daha sonra esterleşme tepkimesinde biyokatalizör olarak Candida antarctica (Pseudozyma aphidis DSM 70725)'nin liyofilize hücreleri kullanılmıştır. Mikrobiyal hücrelerin kullanılması ekonomik ve teknik açıdan bazı yararlar sağlamaktadır.Çalışmada öncelikle enzim türünün etkisini belirlemek için üç farklı lipaz (Novozym 435, Amano Lipaz AK, Amano Lipaz PS) denenmiştir. Novozym 435 rasemik 1-fenil 1-propanolün kinetik rezolüsyonu için yüksek enantiyoseçimlilik sergilemiştir. Novozym 435 enziminin (R)-1-fenil 1-propanole karşı seçici olduğu, (S)- 1-fenil 1-propanolün değişmeden kaldığı görülmüştür. Farklı zincir uzunluklarındaki yağ asitleri (12C, 14C, 16C), farklı Log P değerli organik çözücüler (THF, toluen, hegzan, heptan, izooktan), farklı açil verici/alkol mol oranları (1:1, 3:2, 2:1, 3:1), farklı moleküler elek miktarları (0-400 mg) ve farklı sıcaklık değerlerinin (10-60 oC) enantiyoseçimlilik üzerine etkisi incelemiştir. Moleküler elek genellikle tepkimede oluşan suyu uzaklaştırmak için kullanılan su-tutucu bir ajandır. Moleküler elek miktarının artışı tepkimenin enantiyomerik aşırılık değerinde dikkat çekici bir artışa ve tepkime süresinde azalmaya neden olmuştur. En iyi tepkime koşulları çözücü olarak toluen, açil verici olarak laurik asit, açil verici/alkol mol oranı 2:1 ve 400 mg moleküler elek kullanılmasıyla, 60 oC sıcaklıkta elde edilmiştir. Substrat için enantiyomerik aşırılık değeri ee (S) % 95, enantiyomerik oran (E) değeri 56,5, tepkime süresi 2,5 saat olarak belirlenmiştir. Denenen tüm enzim miktarlarında (100-500 mg) yüksek enantiyomerik aşırılık değeri ( ? % 90) elde edilmiştir. Bu nedenle hem tepkimenin maliyeti hemde tepkimeyi yüksek enantiyoseçimlilikte katalizlemesi bakımından 100 mg enzim miktarı daha uygun bulunmuştur. Biyokatalizör olarak liyofilize Candida antarctica (Pseudozyma aphidis DSM 70725) hücrelerinin kullanıldığı deneylerde enantiyoseçimli esterleşme tepkimesinin gerçekleşmediği görülmüştür.Anahtar Kelimeler: 1-fenil 1-propanol, enantiyoseçimlilik, esterleşme, kinetik rezolüsyon, lipaz, liyofilize mikrobiyal hücreler

Abstract:
The enantiomerically pure chiral alcohols are building blocks in pharmaceutical compounds. In this study, resolution of (R,S)- 1-phenyl 1-propanol by enantioselective esterification with lipase-catalyzed was achieved. Derivates of 1-phenyl 1-propanol are used to cure of cancer cells and its another derivate (-)-Ephedrine HCI belongs to the group of medicines known as bronchodilators. The biological activities of enantiomeric pairs are greatly different. One enantiomer is usually provided the desired activity and the opposite enantiyomer may possess different and even harmful properties. Thus, it is important to produce enantiomerically pure 1-phenyl 1-propanol. In this work, the effects of enzyme source, acyl donor and solvent type, amount of added moleculer sieves, acyl donor /alcohol molar ratio, temperature and amount of enzyme were investigated on the enantioselective esterification of racemic 1-phenyl 1-propanol. Then, lyophilized microbial cells of Candida antarctica (Pseudozyma aphidis DSM 70725) was used as a biocatalyst in the esterification of (R,S)-1-phenyl 1-propanol. Microbial celles offer economical and technical benefits.To investigate the effect of lipase type, three different lipases were used (Novozym 435, Amano Lipase AK, Amano Lipase PS). Novozym 435 exhibited the highest enantioselectivity for resolution of (R,S)-1-phenyl 1-propanol. Novozym 435 was highyl selective toward (R)-1-phenyl 1-propanol, while (S)-1-phenyl 1-propanol remained unchanged. Enantioselectivity was determined by varying acyl length of fatty acid from C12 to C16, organic solvent with Log P values from 0.5 to 4.5 (THF, toluene, hexane, heptane, isooctane), acyl donor/alcohol molar ratio (1:1, 3:2, 2:1, 3:1), amount of added moleculer sieves (0-400 mg) and temperature (10-60oC). Moleculer sieves very commonly are used to remove the produced water as a drying agents in reaction mixture. Enantiomeric excess of substrate increased dramatically with increasing amount of moleculer sieves. And reaction time dropped at higher moleculer sieves amounts. The best reaction conditions were obtained when toluene as solvent (Log P= 2.5), lauric acid (12C) as acyl donors, 400 mg moleculer sieves at 60 oC were used and acyl donor/alcohol molar ratio was 2:1. In these conditions, enantiomeric excess of substrate ee (S) and enantiomeric ratio value (E) were 95 % and 56,5 E for reaction time of 2,5 hours. Enantiomeric excess ee (S) were above 90 % in the amount of enzyme range of 100-500 mg. Therefore, 100 mg enzyme is more suitable for reaction?s cost. Lyophilized microbial cells of Candida antarctica couldn?t catalyze the esterification of (R,S)-1-phenyl 1-propanol.Key Words: 1-phenyl 1-propanol, enantioselectivity, esterification, kinetic resolution, lipase, lyophilized microbial cells