Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Enzymatic deracemization of heterocyclic derivatives with a secondary hydroxyl group

Marcin Paweł Sierawski

Abstract

Optically active compounds play a key role in the functioning of living organisms, as well as in many industry sectors such as the food, cosmetics and chemical industries, especially in the pharmaceutical industry. The latter produces a number of compounds with specific biological activity that simultaneously exhibits optical activity. Therapeutic action of this type of compounds practically always closely depends on their optical purity, that is why it is so important to develop methods for their preparation in the form of single enantiomers. For this purpose, many synthetic routes, both chemical and biotechnological, are developed. Biotransformations are often used biotechnological methods. These are reactions that occur, in contrast to classical biotechnology, not due to the metabolism of living organisms, but under the influence of substances separated from them. These substances are enzymes - biocatalysts, mostly made of proteins. Biotransformation reactions are extremely beneficial because they meet the principles of green chemistry and allow the reaction to be carried out under mild conditions of temperature, pressure or pH. Enzymes, unlike classical catalysts, are environmentally friendly and highly enantioselective. The literature section presents the characteristics of indole derivatives with biological activity. Alsoenzymatic catalysis, classification of enzymes, naming rules and models of their action are described. The notion of isomer was developed, along with the division due to differences in structure, resulting in different properties. As far as the enantiomers it was explained, how their optical purity is determined, and methods for obtaining single enantiomers by enzymatic kinetic separations. In the part concerning laboratory experiments, a derivative of 2,3-dimethylindole, containing a hydroxyl group, combined with a secondary carbon atom - 1-chloro-3-(2,3-dimethyl-1H-indol-1-yl)propan-2-ol was synthesised. The acetic acid ester of the above-mentioned derivative was then synthesized. These compounds, being racemate, were subjected in the later part of the work to the enzymatic kinetic resolution. Transesterification of racemic alcohol was carried out using commercially available lipases and various solvents. Racemic ester was used to determine the correlation coefficient needed in the control of enzymatic reactions. The research attempted to achieve optimal reaction conditions in order to obtain the highest enantiomeric excess in the shortest possible time. The best results were obtained for the enzymes Lipozym TL-IM and Chirazyme L-10, as an acyl donor using vinyl acetate and tert-butyl methyl ether as the solvent were applied. The reactions were carried out at 40 ° C.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Marcin Paweł Sierawski (FC) Marcin Paweł Sierawski,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Enzymatyczna deracemizacja pochodnych heterocyklicznych z drugorzędową grupą hydroksylową
Supervisor
Zbigniew Ochal (FC/CDSB) Zbigniew Ochal,, Chair of Drug and Cosmetics Biotechnology (FC/CDSB)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Chair of Drug and Cosmetics Biotechnology (FC/CDSB)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
02-07-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Zbigniew Ochal (FC/CDSB) Zbigniew Ochal,, Chair of Drug and Cosmetics Biotechnology (FC/CDSB)Faculty of Chemistry (FC) Agnieszka Gadomska-Gajadhur (FC/LTP) Agnieszka Gadomska-Gajadhur,, Laboratory Of Technological Processes (FC/LTP)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
deracemizacja, indol, kataliza enzymatyczna, biotransformacje, enzymatyczny rozdział kinetyczny, enzymy, enancjomery, czystość optyczna
Keywords in English
deracemization, indole, enzymatic catalysis, biotransformation, enzymatic kinetic separation, enzymes, enantiomers, optical purity
Abstract in Polish
Związki optycznie czynne pełnią kluczową rolę w funkcjonowaniu organizmów żywych, a także w wielu sektorach przemysłu takich jak przemysł spożywczy, kosmetyczny, chemiczny, a szczególnie w przemyśle farmaceutycznym. Ten ostatni produkuje szereg związków o określonej aktywności biologicznej, które jednocześnie wykazują czynność optyczną. Działanie terapeutyczne tego typu związków praktycznie zawsze ściśle zależy od ich czystości optycznej, dlatego tak ważne jest opracowywanie metod ich otrzymywania w formie pojedynczych enancjomerów. W tym celu rozwija się wiele dróg syntezy, zarówno chemicznej jak i biotechnologicznej. Do często używanych metod biotechnologicznych należą biotransformacje. Są to reakcje, które zachodzą, w odróżnieniu od klasycznej biotechnologii, nie dzięki metabolizmowi organizmów żywych, lecz pod wpływem substancji z nich wyodrębnionych. Substancje te to enzymy - biokatalizatory, najczęściej zbudowane z białek. Reakcje biotransformacji są wyjątkowo korzystne, ponieważ spełniają zasady zielonej chemii i pozwalają na prowadzenie reakcji w łagodnych warunkach temperatury, ciśnienia czy pH. Enzymy, w odróżnieniu od klasycznych katalizatorów, są przyjazne dla środowiska i wysoce enancjoselektywne. W części literaturowej pracy przedstawiono charakterystykę pochodnych indolu wykazujących aktywność biologiczną. Opisano również katalizę enzymatyczną, podział enzymów, zasady nazewnictwa oraz modele ich działania. Rozwinięto pojęcie izomeru, wraz z podziałem ze względu na różnice w strukturze, skutkujące odmiennymi właściwościach. Wyjaśniono czym są enancjomery, jak określa się ich czystość optyczną oraz przedstawiono metody otrzymywania pojedynczych enancjomerów na drodze enzymatycznych rozdziałów kinetycznych. W części dotyczącej badań laboratoryjnych przeprowadzono syntezę pochodnej 2,3-dimetyloindolu, zawierającej grupę hydroksylową, połączoną z drugorzędowym atomem węgla - 1-chloro-3-(2,3-dimetylo-1H-indol-1-ilo)propan-2-olu. Następnie zsyntetyzowano ester octanowy wymienionej wyżej pochodnej. Związki te, będące mieszaninami racemicznymi, posłużyły w dalszej części pracy do enzymatycznych rozdziałów kinetycznych. Przeprowadzono transestryfikację racemicznego alkoholu, przy użyciu dostępnych handlowo lipaz oraz różnych rozpuszczalników. Racemiczny ester został użyty do wyznaczenia współczynnika korelacji, potrzebnego w analizie reakcji enzymatycznych. W badaniach starano się osiągnąć optymalne warunki prowadzenia reakcji, tak by otrzymać jak najwyższe nadmiary enancjomeryczne w możliwie najkrótszym czasie. Najlepsze wyniki uzyskano dla enzymów Lipozym TL-IM oraz Chirazyme L-10, jako donor acylu stosując octan winylu i eter tert-butylowo-metylowy jako rozpuszczalnik. Reakcje prowadzone były w temperaturze 40°C.
File
  • File: 1
    Praca_inż_-_Sierawski_Marcin_-_278470.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 29921

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT023959cb1fc14080abf70b054448dc8e/
URN
urn:pw-repo:WUT023959cb1fc14080abf70b054448dc8e

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page