Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

The study on chemoenzymatic reaction cascade, based on enzymatic oxidation of alcohol to aldehyde followed by Biginelli reaction, as one - pot procedure

Aleksandra Kęciek

Abstract

Products of Biginelli reaction are characterized by a broad spectrum of biological activity, including anti-inflammatory, anti-cancer, antifungal, antiviral and antibacterial effects. Therefore, these compounds are taking important part in research on development of new drugs. To extend the synthesis methods of this class of compounds, it was proposed to carry out research of a new variant of the Biginelli reaction made in water and catalyzed by Lewis acid. In addition, I postulate the possibility of a tandem reaction, which includes oxidation of alcohol to aldehyde catalyzed by laccase and subsequent Biginelli multicomponent reaction. Laccases are polyphenol oxidases that belong to family of enzymes known as "multi-copper oxidases". They catalyze reaction of oxidation various classes of compounds using atmospheric oxygen. Due to the low substrate specificity, they are widely used in many industries, including production of food, cosmetics, medicines as well as processes of removing pollutants from the natural environment. Oxidation of alcohol to aldehyde with the atmospheric oxygen, catalyzed by laccase, was optimized. Then it was checked if the Biginelli reaction was takes place in water. Under the conditions studied the reaction does not proceed in water. Selection of the appropriate catalyst and surfactant increased the yield of reaction to 57%. Optimization of the reaction conditions increased the yield to 81%. In the next studies of this work I postulated reaction cascade process. It has been proved that the postulated cascade can be used for synthesis 3,4-dihydropyrimidine-2(1H)-one derivatives. For a model reaction with ethyl acetoacetate, benzoic alcohol and urea, the cascade efficiency was 48% yield. Upon optimization the yield increased to 81%. Subsequently, various substrates were checked in reaction cascade. 15 derivatives of 3,4-dihydropyrimidine-2(1H)-one were obtained with yields from 27% to 81%. It has been shown that higher yields of product where obtained when I change alcohol, not urea or β-ketoester. When thiourea was used instead of urea, respective product was not obtained. The research carried out showed that the postulated reaction tandem consisting oxidation of alcohols to aldehydes with atmospheric oxygen catalyzed by laccase and the Biginelli reaction in water using the appropriate surfactant resulted in the preparation of various derivatives of 3,4-dihydropyrimid-2(1H)-ones in good yields. Benzyl aldehydes are unstable compounds, which are oxidized by atmospheric oxygen to acids, so they should be distillated before use. The use of laccase has made it possible to overcome this obstacle.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Aleksandra Kęciek (FC) Aleksandra Kęciek,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Badania nad opracowaniem chemoenzymatycznej kaskady reakcji utleniania alkoholi do aldehydów oraz reakcji Biginelli w wariancie jednoetapowym
Supervisor
Monika Wielechowska (FC/CDSB) Monika Wielechowska,, 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
, Biotechnologia
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
04-02-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Monika Wielechowska (FC/CDSB) Monika Wielechowska,, Chair of Drug and Cosmetics Biotechnology (FC/CDSB)Faculty of Chemistry (FC) Tomasz Kobiela (FC/CDSB) Tomasz Kobiela,, Chair of Drug and Cosmetics Biotechnology (FC/CDSB)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
kataliza enzymatyczna, lakaza, utlenianie alkoholi, multikomponentowa reakcja Biginelli, tandem reakcji
Keywords in English
enzymatic catalysis, laccase, oxidation of alcohols, multicomponent Biginelli reaction, tandem reaction
Abstract in Polish
Produkty reakcji Biginelli charakteryzują się szerokim spektrum działania biologicznego, między innymi wykazują działanie przeciwzapalne, przeciwnowotworowe, przeciwgrzybicze, antywirusowe oraz antybakteryjne. Dlatego są to ważne związki do badań nad opracowaniem nowych leków. Aby rozszerzyć metody syntezy tej klasy związków zaproponowano wykonanie badań nad opracowaniem nowego wariantu reakcji Biginelli w wodzie, katalizowanego kwasem Lewisa. Ponadto w pracy postulowano możliwość zachodzenia tandemu reakcji w skład, którego miała wchodzić reakcja utleniania alkoholu do aldehydu katalizowana lakazą oraz następcza multikomponentowa reakcja Biginelli. Lakazy to polifenolowe oksydazy należące do rodziny enzymów określanej mianem „oksydazy wielomiedziowe”. Katalizują one utlenianie różnych klas związków z wykorzystaniem tlenu atmosferycznego. Ze względu na niską specyficzność substratową, są one powszechnie wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu obejmujących m.in. produkcję żywności, kosmetyków, leków a także procesy usuwania zanieczyszczeń ze środowiska naturalnego. W pierwszym etapie przeprowadzonych badań zoptymalizowano reakcję utleniania alkoholu do aldehydu tlenem atmosferycznym, katalizowaną przez lakazę. Następnie sprawdzono czy reakcja Biginelli zachodzi w wodzie. Po doborze odpowiedniego katalizatora, surfaktantu oraz optymalizacji warunków prowadzenia reakcji, odpowiednie produkty reakcji otrzymywano z wydajnością do 81%. Kolejnym etapem pracy było sprawdzenie, czy postulowana kaskada reakcji możliwa jest do wykonania. Dowiedziono, że postulowana kaskada umożliwia otrzymanie szeregu pochodnych 3,4-dihydropirymid-2(1H)-onów. Dla reakcji modelowej, której substratami były acetylooctan etylu, alkohol benzylowy oraz mocznik, wydajność kaskady przed optymalizacją wyniosła 48%, natomiast po optymalizacji wydajność wzrosła do 81%. Następnym etapem było sprawdzenie wpływu użytych substratów na przebieg reakcji, w wyniku czego otrzymano szereg pochodnych 3,4-dihydropirymid-2(1H)-onu. Zsyntetyzowano 15 związków z wydajnościami od 27% do 81%. Zmiana pochodnej alkoholu użytej do reakcji nie wpływała znacząco na wydajność odpowiedniego produktu, natomiast użycie tiomocznika zamiast mocznika nie prowadziło do otrzymania odpowiedniego produktu. Wykonane badania wykazały, że postulowany tandem reakcji enzymatycznego utleniania alkoholi do aldehydów tlenem atmosferycznym oraz następczej reakcji Biginelli w wodzie z zastosowaniem odpowiedniego surfaktantu umożliwia otrzymanie szeregu pochodnych 3,4-dihydropirymid-2(1H)-onów. Aldehydy benzylowe są związkami nietrwałymi, pod wpływem tlenu atmosferycznego utleniają się do kwasu w związku z czym należy je destylować przed użyciem. Zastosowanie lakazy umożliwiło ominięcie tego problemu.
File
  • File: 1
    Praca_inżynierska_Aleksandra_Kęciek.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 28341

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTca44511b11c549e18e5ab40666ae7f95/
URN
urn:pw-repo:WUTca44511b11c549e18e5ab40666ae7f95

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page