Box-behnken tasarım tabanlı optimizasyon stratejisi kullanılarak lactobacillus senmaizuke biyokatalizörü ile 4-metoksi asetofenon'un asimetrik indirgenmesi
Asymmetric reduction of 4-methoxy acetophenone by lactobacillus senmaizuke biocatalyzer using box-behnken design-based optimization strategy
Yazar: MERVENUR KAVİ
Danışman: DOÇ. DR. ENGİN ŞAHİN
Bayburt Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Biyokatalizörler, önemli kimyasalların üretiminde geleneksel kimyasal katalizörlere 
göre daha seçici, çevre dostu ve daha güvenli oldukları için giderek daha fazla kullanılmaktadır.
Enantiyosaf kiral sekonder alkoller, ilaç, biyolojik aktif moleküller ve diğer kimyasalların 
sentezi için öncüler olarak önemlidir. Kiral sekonder alkollerin fonksiyonel grupları, 
rasemizasyon olmaksızın kolaylıkla diğer fonksiyonel gruba dönüştürülebilir. Enantiyomerik 
olarak saf (R) ve (S)-1-(4-metoksifenil) etanol, loratadin, antihistaminler ve difenhidramin 
hidroklorür gibi çeşitli ilaç ara maddelerinin üretimi için önemli bir moleküldür. Bu tez 
kapsamında, bu anahtar molekül, biyokatalizör olarak Lactobacillus senmaizuke kullanılarak 4-
metoksiasetofenondan sentezlendi. pH, inkübasyon süresi, sıcaklık ve karıştırma hızı gibi 
reaksiyon koşulları, Box-Behnken deneysel tasarım tabanlı optimizasyon stratejisi kullanılarak 
optimize edildi. Tam hücreli Lactobacillus senmaizukei ile 4-metoksiasetofenonun (S)-1-(4-
metoksifenil) etanol'e indirgenmesi için öngörülen biyo-redüksiyon koşulları, 29ºC sıcaklık, 
5,8 pH, karıştırma hızı 155 rpm ve inkübasyon süresi 50 saat olarak Box-Behnken deneysel 
tasarım ile belirlendi. (S)-1-(4-metoksifenil)etanol, Lactobacillus senmaizuke kullanılarak bu 
optimum biyoindirgenme koşullarında >%99 dönüşüm, >%99 enantiyomerik fazlalık ve % 96 
verimle üretildi. 4-metoksiasetofenonun biyoindirgenme etkinliği, kültür parametrelerinin 
ikinci dereceden ve doğrusal etkilerinden önemli ölçüde etkilenmiştir. Bu sonuçlar, katalitik 
biyo-redüksiyon reaksiyonları için kültür optimizasyon parametrelerinin rolünü ve bu 
parametreleri optimize etmek için Box-Behnken yönteminin etkinliğini göstermek için çok 
önemlidir.

Abstract:
Biocatalysts are increasingly used in the production of important chemicals as they are more selective, environmentally friendly and safer than traditional chemical catalysts. Enantiopure chiral secondary alcohols are important as precursors for the synthesis of drug, biological active molecules and other chemicals. The functional group of chiral secondary alcohols can be easily transformed into other functional group without racemazation. Enantiomerically pure (R) and (S)-1-(4-methoxyphenyl)ethanol is an important molecule for the production of various drug intermediates such as loratadine, antihistamines and diphenhydramine hydrochloride. In this thesis, this key molecule was synthesized from 4-methoxyacetophenone using Lactobacillus senmaizuke as a biocatalyst. The reaction conditions, such as pH, incubation period, temperature and agitation speed, were optimized using Box-Behnken experimental design-based optimization strategy. The predicted bioreduction conditions for the reduction of 4-methoxyacetophenone to (S)-1-(4-methoxyphenyl) ethanol with whole-cell Lactobacillus senmaizukei were found to be temperature of 29ºC, pH of 5.8, agitation level of 155 rpm and incubation period of 50 h. (S)-1-(4-methoxyphenyl) ethanol was produced using Lactobacillus senmaizuke in >99% conversion, >99% enantiomeric excess and 96% yield in this optimum bioreduction conditions. The efficiency of the bioreduction of 4-methoxyacetophenone was importantly affected by the quadratic and linear effects of culture parameters. These results are crucial to demonstrate the role of culture optimization parameters for catalytic bioreduction reactions and the effectiveness of the Box-Behnken method to optimize these parameters.