Királis szubsztrátumok rezolválási reakciói szerves közegben

Számos királis gyógyszerhatóanyag sikeresen állítható elő lipáz enzimek segítségével hidrolízis, átészterezés, perhidrolízis, ammonolízis és aminolízis reakciókban (Gotor-Fernandez, 2006). Ezek közül ebben a fejezetben a királis propionsavszármazékok reakcióit mutatom be.

1.6.1. Profének reakciói

A királis karboxilsavak közül főként a királis propionsavak és azok származékai előállításának van gyakorlati jelentősége. A 2-es szénatomon aril szubsztituenst tartalmazó propionsavak, másnéven profének gyulladáscsökkentő, láz-, és fájdalomcsillapító hatású szerek. Legjelentősebb képviselőik a naproxén, ibuprofén, ketoprofén és szuprofén. Ezek (S)-izomere rendelkezik a kívánt farmakológiai hatással. A profének lipázkatalitikus észterezését számos N,N-dialkil-amino-csoportot tartalmazó alkohollal, etilén-glikollal valamint di- és trietilén-glikollal tesztelték. Az (R,S)-naproxén-2,2,2-trifluoro-etil észternek 2-N-morfolino-etanollal történő átészterezése során a reakció végén az (S)-naproxén-2-N-morfolino-etilészterre vonatkoztatva ~90 %-os enantiomerfelesleget (ee_p) kaptak (Shau-Wei, 1999).

Katalizátorként szuszpendált Candida rugosa lipázt alkalmaztak a reakcióelegyben. Az enantioszelektivitás a reakcióelegy víztartalmával fordított arányosságot mutatott. Más N,N-dialkil-amino-alkoholokkal, mint pl. a 2-dimetil-amino-alkohol, 3-dimetilamino-1-propanol, nem tapasztaltak enantioszelektivitást (E~1). A naproxén etilén-glikollal, valamint di-, és tri-etilén-glikollal való észterezése csak moderált enantioszelektivitással játszódott le (E=6, 11, 17), ezért ezek nem tekinthetők jó alkoholnak a naproxén észter származékainak előállításához.

1.6.2. A 2-szubsztituált karbonsavak enzimkatalitikus észterezése

A 2-es szénatomon nem aril szubsztituenst tartalmazó propionsavak származékai között a növényvédőszer gyártás során fontos intermedierek találhatók. Az (R,S)-2-klór- és (R,S)-2-bróm-propionsavakat a 2-fenoxi-propionsav származékok előállításához használják.

Ezek herbicid hatású vegyületek (Cremlyn, 1978), azonban csak az (R)-izomerek rendelkeznek biológiai aktivitással (Jager, 1983). A Candida rugosa lipáz jó aktivitást és enantioszelektivitást mutatott racém Cl-, Br-, és p-Cl-PhO-propionsavak 1-butanollal n-hexán oldószerben történő észterezésében (Kirchner, 1985). Háromszoros feleslegben alkalmazva az acil-akceptor alkoholt, a reakciót mindhárom esetben 42-45 % konverziónál megállították, és a termékekre vonatkoztatva 96, 95, ill. 79 %-os enantiomerfelesleget értek el. A reakciók fő termékei az (R)-észterek, míg az (S)-savak visszamaradtak a reakcióelegyben. Érdekesség, hogy a reakcióelegy hozzáadott vizet nem tartalmazott, és az észterezési reakcióban folyamatosan képződő vizet nem távolították el a reakcióelegyből. Ugyanezen szubsztrátokkal a Porcin pancreas lipázt alkalmazva csak alacsony aktivitás volt tapasztalható, és az enantiomerfelesleg (eep) is csak 45 % körüli volt.

E herbicid hatással bíró királis propionsav észterek előállítása kapcsán a fenti elektron akceptor halo- és halofenoxi- szubsztituenseken kívül elektrondonor alkoxi- és fenoxi szubsztituensek szerepét is vizsgáltuk [Gubicza, 1994]. A Candida rugosa (akkori nevén Candida cylindracea) lipáz enzim aktivitását és enantioszelektivitását hasonlítottuk össze az (R,S)-2-metoxi-, 2-etoxi-, 2-propoxi-, 2-izopropoxi-, és 2-fenoxi-propionsavak 1-butanollal való észterezési reakcióiban.

A racém 2-Cl-propionsav rezolválási reakciói vizsgálatának másik célja annak tisztázása volt, hogy miként befolyásolja az acil-akceptor alkohol molekula jellege a Candida rugosa lipáz enzim aktivitását és enantioszelektivitását [Bodnár, 1990, Gubicza, 1994].

Metanollal és etanollal nem tapasztaltunk reakciót. A 3-, 4- és 5-szénatomos normálláncú és a hidroxil csoportot a 2-es szénatomon tartalmazó elágazó láncú alkoholokat összehasonlítva minden esetben a normálláncú alkoholokkal ment végbe az észterezési reakció nagyobb sebességgel. Az (R,S)-2-klór-propionsav észterezésekor 10 %-os konverzió eléréséhez 1-butanollal 1.5 h, míg 2-1-butanollal 2 h volt szükséges. Az (R)- és (S)- izomerek sebességeinek hányadosával jellemzett enantioszelektivitás 15 (2-pentanol) és 26.9 (1-butanol) között változott. Az enantioszelektivitás és az alkoholok szénatomszáma valamint normál vagy elágazó jellege között nem találtunk kapcsolatot.

Azon lehetőségeket kutatva, hogyan növelhető tovább a Candida rugosa lipáz aktivitása és enantioszelektivitása az (R,S)-2-klór-propionsav és 1-butanol észterezési reakciójában, vizsgáltuk a szerves oldószerek és a víztartalom hatását [Bodnár, 1990; Gubicza 1992]. Az aromás benzolt, toluolt, valamint alifás n-hexánt és n-oktánt összehasonlítva azt tapasztaltuk, hogy az oldószerek log P-vel jellemzett hidrofóbicitása és a 2-butil-propionát észter képződés sebessége egyenesen arányos. Az apoláris jellegű oldószerekben, mint a n-hexán és a n-oktán, kétszeres reakciósebességet tapasztaltunk az aromás szerkezetű benzolhoz és toluolhoz képest. Ezzel szemben az enantioszelektivitás az oldószerek log P-jével közel lineárisan csökkent, n-oktánban az enantioszelektivitás jellemzésére használt (R)- és (S)-izomerek sebességének hányadosa mindössze 5 volt. A kísérleteket azonos kezdeti víztartalom beállításával végeztük. Az eredményeket azzal magyaráztuk, hogy a kis log P-jű hidrofil jellegű oldószerek elvonhatják az enzim működéséhez nélkülözhetetlen minimális mennyiségű vizet az enzim környezetéből.

A reakcióelegy víztartalma minden enzimkatalitikus észterezési reakcióban nagy fontosságú, hiszen egyrészt szükséges az enzimkatalizátor aktív konformációjának megőrzéséhez, másrészt az észterezési reakció egyensúlyára is hatással van. Ez tükröződött azokból az eredményekből is, melyeket (R,S)-2-klór-propionsav és 1-butanol 0.02-0.65 %

kiindulási víztartalom mellett végzett észterezése során nyertünk. Hozzáadott víz nélkül (0.02

% víztartalom) gyakorlatilag nem tapasztaltunk reakciót. A legmagasabb enzimaktivitást (legnagyobb reakciósebességet) akkor kaptuk, amikor 0.25 % kezdeti víztartalmat állítottunk be, majd ennél magasabb víztartalom esetén az észterezési reakció egyensúlya megváltozott, és a hidrolízis sebességének megnövekedése miatt az észterképződés látszólagos sebessége csökkent.

A fenti észterképződési reakciókban a Candida rugosa lipáz aktivitásának a 0.2%

körüli, enantioszelektivitásának pedig az ennél alacsonyabb víztartalom kedvezett. Ezt az ellentétet próbáltuk áthidalni akkor, amikor a reakcióelegy víztartalmának egy részét etilén-glikollal helyettesítettük az (R,S)-2-klór-propionsav és 1-butanol észterezési reakciójában. Az etilén-glikol a vízhez hasonlóan H-híd kötések kialakítására képes, ezért működhet vízutánzó adalékként. A kísérleteket kloroformban végeztük, a kiindulási víztartalmat 0, 50 és 100%-ban helyettesítettük etilén-glikollal. Amikor a reakcióelegy sem vizet, sem etilén-glikolt vagy vizet nem, csak 0.1% etilén-glikolt tartalmazott, nem tapasztaltunk észterképződést. Abban az esetben, amikor a vizet 50%-ban etilén-glikollal helyettesítettük, 0.29 mmol/h-ról 0.37 mmol/h-ra, tehát mintegy 30%-kal nőtt a reakciósebesség. Érdekesség, hogy noha az optimális kezdeti víztartalom 0.2% volt kloroformban, amikor 0.2% víztartalom mellett a reakcióelegy 0.1, illetve 0.2% etilén-glikolt tartalmazott, a reakciósebesség 0.29 mmol/h-ról 0.42 illetve 0.44 mmol/h-ra, azaz, mintegy 50%-kal nőtt. További etilén-glikol hozzáadásra az észterképződés sebessége csökkenni kezdett.

Az etilén-glikol a Candida rugosa lipáz enzim enantioszelektivitását is fokozta.

Benzolban közel 7, n-hexánban 9, toluolban 11, míg metil-ciklohexánban és kloroformban 25, ill. 29%-kal nőtt az észterek kezdeti reakciósebességének hányadosával kifejezett enantioszelektivitás [Gubicza, 1993].

1.7. Aroma észterek előállítása nem konvencionális közegű enzimkatalitikus reakciókkal