Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Chemoenzymatic synthesis of the enantiomers of building structures in biologically active substances

Katarzyna Szafrańska

Abstract

Biocatalysis is a branch of biotechnology which is increasingly used in chemical synthesis. Synthesis of optically active compounds is a serious problem in many branches of industry such as pharmaceutical, cosmetics or food industry. Among the compounds containing a chiral carbon atom, usually only one enantiomer presents biological activity. That’s why it is important for active substance in medicine, cosmetic or biocide to contain the suitable enantiomer which is non-toxic. The solution to this problem is biocatalysis based on an enzymatic kinetic resolution. Reactions with the use of enzymes, usually lipases, have a lot of advantages which makes this process highly beneficial. Biocatalysis fulfills the standards of a green chemistry and biocatalysts is environmentally friendly. Moreover, the kinetic resolution gives high enantiomeric excesses of optically active compounds. The literature part of this work provides information about active substances of medicines which contain in structure an indole (benzene and pyrrole ring). The focus was more on the bicyclic compound called 7-azaindole (pyridine and pyrrole ring) in medicine structures, which are new in clinical trials. In addition, the concept of a biocatalysis and optically active compounds was explained. Moreover, the mechanisms of enzymes and kinetic resolution were shown. The experimental chemical part of this work contains synthesis of racemic azaindole derivatives with a secondary hydroxyl group: 1-(1H-pyrrolo[2,3-b]pyridin-1-yl)propan-2-ol, 1-(5-bromo-1H-pyrrolo[2,3-b]pyridin-1-yl)propan-2-ol and their esters with acetic acid: 1-(1H-pyrrolo[2,3-b]pyridin-1-yl)propan-2-yl acetate and 1-(5-bromo-1H-pyrrolo[2,3-b]pyridin-1-yl)propan-2-yl acetate. In the biotechnological part, obtained alcohols and esters were used to the enzymatic kinetic resolutions by transesterification and transesterification with methanol using commercially available lipases in immobilized or native form. The goal of an experiment was to optimize the reaction conditions to obtain high enantiomeric excesses of optically active compounds. Reactions were conducted at a constant temperature 40°C, but variable factors were an acyl donor and a solvent. The best results were obtained using Lipozyme TL-IM with vinyl acetate in methyl tert-butyl ether.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Katarzyna Szafrańska (FC) Katarzyna Szafrańska,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Chemoenzymatyczna synteza enancjomerów bloków budulcowych substancji biologicznie aktywnych
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
01-02-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Zbigniew Ochal (FC/CDSB) Zbigniew Ochal,, Chair of Drug and Cosmetics Biotechnology (FC/CDSB)Faculty of Chemistry (FC) Wanda Ziemkowska (FC/DCOC) Wanda Ziemkowska,, Department Of Catalysis And Organometallic Chemistry (FC/DCOC)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
biokataliza, rozdział kinetyczny, enzymy, lipazy, indol, 7-azaindol
Keywords in English
biocatalysis, kinetic resolution, enzymes, lipases, indole, 7-azaindole
Abstract in Polish
Biokataliza jest dziedziną biotechnologii, która coraz częściej jest wykorzystywana w syntezie chemicznej. Otrzymywanie czystych optycznie enancjomerów stanowi zasadniczy problem m.in. w przemyśle farmaceutycznym, kosmetycznym i spożywczym. Spośród związków zawierających chiralny atom węgla najczęściej tylko jeden enancjomer wykazuje aktywność biologiczną. Dlatego ważne jest aby w substancji aktywnej leku, kosmetyku lub biocydu znajdował się właściwy enancjomer, nieposiadający właściwości toksycznych. Rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie biokatalizy, opartej na metodzie rozdziału kinetycznego z zużyciem enzymów. Reakcje z użyciem enzymów (najczęściej lipaz) mają wiele zalet, które sprawiają, że ta metoda jest szczególnie korzystna. Biokataliza spełnia zasady zielonej chemii, a biokatalizatory są przyjazne środowisku. Ponadto rozdział kinetyczny jest wysoce enancjoselektywny. W części literaturowej pracy przedstawiono substancje aktywne leków zawierające strukturę indolu, czyli pierścień benzenowy połączony z pirolowym. W większym stopniu skupiono się na substancjach aktywnych, które zawierają cieszący się coraz większą popularnością i zastosowaniem bicykliczny 7-azaindol (pierścień pirydynowy połączony z pirolowym). Ponadto wyjaśniono pojęcie biokatalizy, czystości optycznej związków oraz przedstawiono zasadę działania enzymów oraz rozdziału kinetycznego. W części eksperymentalnej pracy przeprowadzono syntezę racemicznych pochodnych azaindolu, zawierających ugrupowania z drugorzędową grupą hydroksylową: 1-(1H-pirolo[2,3-b]pirydyn-1-ylo)propan-2-olu oraz 1-(5-bromo-1H-pirolo[2,3-b]pyridyn-1-ylo)propan-2-olu. Zsyntezowano również estry kwasu octowego wymienionych alkoholi. W części biotechnologicznej poddano zsyntezowane związki reakcji transestryfikacji lub metanolizie z zastosowaniem komercyjnie dostępnych lipaz, w postaci immobilizowanej lub natywnej. Dążono do optymalizacji warunków reakcji tak, aby otrzymać jak najwyższe nadmiary enacjomeryczne, w jak najkrótszym czasie. Reakcje enzymatyczne prowadzono w stałej temperaturze 40°C, stosując różne enzymy oraz zmieniając stosowane rozpuszczalniki i donory acylu. Najlepsze wyniki rozdziału uzyskano stosując Lipozym TL-IM, octan winylu jako donor acylu w eterze tert–butylowo–metylowym.
File
  • File: 1
    praca-inż-Szafrańska-Katarzyna-278487.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 29922

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTe1b93ca440524f1e8a0e855ad5373bf4/
URN
urn:pw-repo:WUTe1b93ca440524f1e8a0e855ad5373bf4

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page