Empleo de nuevas baeyer-villiger monooxigenasas como biocatalizadores en la síntesis de compuestos oxigenados ópticamente activos

Resumen

Las Baeyer-Villiger monooxigenasas (BVMOs) son oxidorreductasas que catalizan la reacción de Baeyer-Villiger, un proceso de elevada importancia en Síntesis Orgánica, así como otros procesos oxidativos. El empleo de estos biocatalizadores permite conseguir en muchos casos elevadas selectividades empleando condiciones de reacción suaves y respetuosas con el Medio Ambiente. En esta Tesis Doctoral, dividida en cuatro capítulos, se estudian las propiedades biocatalíticas de dos Baeyer-Villiger monooxigenasas, la 4-hidroxiacetofenona monooxigenasa (HAPMO) de Pseudomonas fluorescens ACB y la fenilacetona monooxigenasa (PAMO) de Thermobifida fusca, con el objetivo de demostrar su potencial sintético en la preparación de cetonas, ésteres y sulfóxidos quirales. En el Capítulo 1 las Baeyer-Villiger monooxigenasas fueron empleadas en procesos de oxidación de una serie de cetonas cíclicas y aromáticas, para conocer la especificidad de sustrato de los enzimas, así como su enantioselectividad en la resolución de cetonas racémicas. Se analiza el efecto de diferentes parámetros que influyen en la catálisis enzimática, como la estructura del sustrato, el pH, la temperatura, la concentración de sustrato o la naturaleza del medio de reacción y su concentración. El efecto del pH fue estudiado más a fondo, analizando los aminoácidos que influyen en la modificación de la selectividad del biocatalizador en función de este parámetro cuando la PAMO se emplea en reacciones de Baeyer-Villiger y sulfoxidaciones. El Capítulo 2 se dedica a analizar el comportamiento de la PAMO cuando se utiliza en medios de reacción no convencionales. En primer lugar, se estudia la resolución cinética de una serie de bencilcetonas racémicas en presencia de distintos disolventes orgánicos, analizando el efecto de la naturaleza del disolvente y su concentración en el medio. En la segunda parte del capítulo se emplean una serie de líquidos iónicos con diferentes propiedades como cosolventes en procesos oxidativos catalizados por la PAMO, estudiando el efecto de estos compuestos en la actividad, estabilidad y selectividad del biocatalizador.. En el Capítulo 3 se describe la resolución cinética dinámica de varias bencilcetonas racémicas empleando resinas de intercambio aniónico como agentes de racemización en los procesos de oxidación selectiva catalizada por HAPMO. De este modo, tras optimizar diversos parámetros de reacción, es posible obtener los correspondientes ésteres con elevadas conversiones y excesos enantioméricos que van de moderados a buenos. Uno de los factores limitantes en las reacciones catalizadas por BVMOs es la necesidad de un cofactor (NADPH) que debe ser regenerado. En el Capítulo 4 se analiza la influencia del sistema de regeneración de este cofactor y se optimiza la cantidad de NADPH necesario para las oxidaciones catalizadas por PAMO. Además, se han preparado mediante mutagénesis dirigida una serie de mutantes de PAMO con el objetivo de conseguir enzimas con mayor especificidad por NADH, más económico y estable que el NADPH. Estos mutantes han sido analizados como biocatalizadores en distintos procesos oxidativos, bien en presencia de NADPH o de NADH.