Enzymy. Stereochemia
reakcji.
Enzymy. Stereochemia
reakcji.
Różnicowanie, enancjomery
D
A
B
C
D
C
B
A
operator
(R)
(S)
A> B> C > D
A'
B'
C'
A'
B'
C'
V(R) > V(S)
H
H
O
2
CR
H
O
2
CR'
H
H
O
2
CR
CH
2
-O
2
CR
CH
2
-O
2
CR
R'CO
2
-H
2
C
COOMe
Ph
Me
COOMe
re
si
Grupy enantiopowe
A
si
A
re
B
C
operator
A> B> C
A'
B'
C'
V
si
> V
re
A
re
A
si
C
B
(R)
A'
B'
C'
Różnicowanie, enantiotopowe
Ph
Me
re
si
O
A
B
C
a
b
O
A
B
C
b
a
O
operator
operator
Różnicowanie, enantiofacjalne
Enantioselektywne reakcje
R + E = [ R E ]
K
(R)
E + P
R + E = [ R E ]
K
(S
)
E + Q
ΔΔ G# = - ΔΔH# - T ΔΔS#
ΔΔG# = -RT ln kR/kS
ΔΔG# kR/kS e.e. [ % ]
0,118
1.2
10
1,74
19
90
2,17
39
95
3,14
199
99
Enzymatyczne stereoróżnicowanie
Enantiofacjalne stereoró¿nicowanie
Hydrolazy
O
X
R
O
Y
Z
si
re
Z
X
O
Y
H
O
CH
2
OPh
Me
O
OCH
2
OMe
si
re
O
CH
2
OPh
OCH
2
OMe
H
(R)
X
X
R
2
R
1
X
Y
R
2
R
1
COOMe
MeOOC
H
Ph
COOH
MeOOC
H
Ph
COOMe
HOOC
H
Ph
k
(R)
k
(S)
Chiralny
Achiralny
slektywnosc
k
(S)
k
(R) /
Enantiotopowe róznicowanie
Hydrolazy
H
H
O
2
CR
H
O
2
CR'
H
H
O
2
CR
CH
2
-O
2
CR
CH
2
-O
2
CR
R'CO
2
-H
2
C
COOMe
Ph
Me
COOMe
re
si
Grupy enantiopowe
A
si
A
re
B
C
operator
A> B> C
A'
B'
C'
V
si
> V
re
A
re
A
si
C
B
(R)
A'
B'
C'
Różnicowanie, enantiotopowe
Ph
Me
re
si
O
A
B
C
a
b
O
A
B
C
b
a
O
operator
operator
Różnicowanie, enantiofacjalne
Enantioselektywne reakcje
R + E = [ R E ]
K
(R)
E + P
R + E = [ R E ]
K
(S
)
E + Q
ΔΔ G# = - ΔΔH# - T ΔΔS#
ΔΔG# = -RT ln kR/kS
ΔΔG# kR/kS e.e. [ % ]
0,118
1.2
10
1,74
19
90
2,17
39
95
3,14
199
99
Enzymatyczne stereoróżnicowanie
Enantiofacjalne stereoró¿nicowanie
Hydrolazy
O
X
R
O
Y
Z
si
re
Z
X
O
Y
H
O
CH
2
OPh
Me
O
OCH
2
OMe
si
re
O
CH
2
OPh
OCH
2
OMe
H
(R)
X
X
R
2
R
1
X
Y
R
2
R
1
COOMe
MeOOC
H
Ph
COOH
MeOOC
H
Ph
COOMe
HOOC
H
Ph
k
(R)
k
(S)
Chiralny
Achiralny
slektywnosc
k
(S)
k
(R) /
Enantiotopowe róznicowanie
Hydrolazy
Y
X
R
2
R
1
X
Z
R
2
R
1
COOMe
MeOOCH
2
C
H
Ph
k
(R)
k
(S)
Chiralny
selektywnosc
k
(S)
k
(R) /
Enantiotomeryczne róznicowanie
Hydrolazy
X
Y
R
2
R
1
X
Y
R
2
R
1
CH
2
COOMe
MeOOC
H
Ph
COOH
MeOOCH
2
C
H
Ph
CH
2
COOMe
HOOC
H
Ph
Wydajność 50% max.
Sekwencyjny rozdział
R
#
OAc + H
2
O
R
#
OH + AcOH
R
#
OH + C
6
H
11
COOH
C
6
H
11
COOR
#
C
6
H
11
COOR
#
+ H
2
O
R
#
OH +C
6
H
11
COOH
HO
E=8
HO
RCOOH
RCOO
E=90
woda/heksan , lipaza ( Mucor sp.)
AcO
R=C
6
H
11
Dynamiczny rozdział
R
S
E
E
Ps
Pr
Wydajność 99%
Warunki:
V(R) >> V(S)
Racemizacja: szybka
Hydroliza niekatalityczna wolna
COOR
2
H
2
N
R
1
COOR
2
NH
2
R
1
E1
E2
COOR
2
H
2
N
R
1
E1 pyridoxal-5-phosphate
R
1
Wydajnosc e.e.
PhCH
2
92% 98%
Phe
HO-Ph-CH
2
95% 97% Tyr
Me
2
CH-CH
2
87% 93% Leu
Dynamiczny rozdział racematu
R2 = PhCH2
Oksydoreduktazy. Stereoselektywna redukcja
Transferazy
Synthetase-catalysed synthesis of CMP-
Neu5Ac
Synthesis of UDP-galctose and
N-acetyl-lactosamine (LacNAc)
Liazy.
Synthesis of (S)-malic acid by means of a fumarase
Synthesis of (S)-aspartic acid by means
of an
aspartase
Synthesis of
acrylamide
Synthesis of (R)-phenylacetylcarbinol by
means of a pyruvate decarboxylase
Scheme 19. Oxynitrilase-catalysed
synthesis of
(S)-4-phenoxybenzcyanhydrine
Epimerazy.
Epimerase-catalysed isomerisation of
N-acetylglucosamine to N-acetylmannosamine
Reakcje enzymatyczne
- lipaza
Katalizowana lipazą z Pseudomonas synteza
chiralnego substratu do otrzymania epitolonu A
S
N
OH
S
N
OH
S
N
O
+
99% ee
S
N
O
O
OH
O
OH
O
epotilon A
O
OH
lipaza
katalizator
OH
+
O
O
katalizator =
Ru
CO
Cl
Co
Ph
Ph
N
Ph
H
Dynamiczny kinetyczny rozdział fenyloetanolu
Reakcje enzymatyczne
- lipaza
OH
m-krezol
OH
H
2
/cat.
OH
OH
OH
mentol
izomentol
neomentol
neoizomentol
OH
OH
OH
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
lipaza
racemizacja
O
1./ destylacja
2./ hydroliza
OH
Schemat procesu produkcji mentolu
Reakcje enzymatyczne - lipaza
Reakcje enzymatyczne
- utleniania i redukcji
Wszystkie możliwe reakcje redukcji można
zakwalifikować
do jednej z czterech kategorii:
1.
reakcje enancjoselektywne i stereospecyficzne
2.
reakcje enancjoselektywne ale niestereospecyficzne
3.
reakcje enancjonieselektywne lecz stereospecyficzne
4.
reakcje enancjonieselektywne i niestereospecyficzne
Przykładem reakcji typu pierwszego jest stereoselektywna
redukcja anologu prostaglandyny- 15-keto-PGE
1
Przykłady transformacji typu drugiego nie są znane.
Reakcje enzymatyczne
- utleniania i redukcji
Reakcją typu trzeciego jest katalizowana przez drożdże
Sacharomyces cerevisiae transformacja prostaglandyny E
1
do
izomerów
i 15-deoksyprostaglandyny F
1
Reakcje enzymatyczne
- utleniania i redukcji
Curvularia falcata jest zdolna do niespecyficznego redukowania
(+-)-trans-2-dekalonu ( przykład reakcji typu czwartego)
Reakcje enzymatyczne
- utleniania i redukcji
Reakcje enzymatyczne
- utleniania i redukcji
• w procesach tych można użyć enzymu rozkładającego D-
aminokwasy
(oksydazy D-aminokwasów) i w wyniku reakcji otrzymywać optycznie
czyste
D-aminokwasy
• lub też można użyć oksydazy L-aminokwasów co prowadzi do
otrzymania
izomerów L
COOEt
O
COOEt
OH
COOEt
OH
wyd. 61; 4% ee
O
wyd. 56%; 96% ee
Mg
2+
wyd. 63%; 94% ee
wyd. 56%; 96% ee
Cl
OEt
O
Wpływ dodatków (jonów magnezu(II), metylowinyloketonu, chloromrówczanu etylu)
na przebieg reakcji redukcji 3-oksopentanonianu etylowego.
Reakcje enzymatyczne
- utleniania i redukcji
Specyficzność substratowa i stereospecyficzność w reakcji redukcji
symetrycznych dimetylcykloheksanonów przez Colletotricum cingulata
Inne reakcje enzymatyczne
Cl
Cl
O
Cl
Cl
OH
Cl
Cl
OH
Rhodotorula
glutinis
Geotrichum
candidum
O
Cl
O
O
Cl
OH
Candida
sonorensis
O
Cl
OH
Pichia pinus
Enancjospecyficzność przebiegu biokatalitycznej
redukcji
w zależności od rodzaju użytego mikroorganizmu
W syntezie optycznie czynnych aminokwasów
możliwe jest zastosowanie kilku metod
enzymatycznych:
1. Rozdział racemicznych mieszanin pochodnych
aminokwasów za pomocą enzymów
hydrolitycznych
2. Stereospecyficzna kondensacja achiralnych
substratów
3. Stereospecyficzne, redukcyjne aminowanie
ketonokwasów
4. Modyfikacja chiralnych prekursorów (np. przez
hydroksylowanie)
Biotransformacje aminokwasów
– rozdział racematów
Do rozdziału racemicznych mieszanin
najczęściej stosuje się:
• Katalizowane przez esterazy reakcje hydrolizy
estrów aminokwasów
Mieszanina
racemiczna
Reakcji hydrolizy ulega izomer L
natomiast izomer D nie ulega
reakcji
Drugą metodą rozdziału
racemicznych mieszanin jest:
• Selektywna hydroliza N-acylowych pochodnych
aminokwasów za pomocą acylaz
Trzecią metodą rozdziału
racemicznych mieszanin jest:
• Katalizowane przez amidazy i nitrylazy reakcje
hydrolizy amidów aminokwasów
Amidaza katalizuje reakcje hydrolizy izomeru L,
podczas gdy izomer D nie ulega reakcji.
Czwartą metodą rozdziału
racemicznych mieszanin jest:
• Stereoselektywna hydroliza 5-podstawionych
hydantoin przy pomocy hydantoinazy
Hydantoinaza katalizuje reakcje hydrolizy izomeru o
konfiguracji D, natomiast izomer L substratu nie ulega
reakcji.
Transformacja związków alicyklicznych dokonywanych za pomocą
Pseudomonas testosteroni i Nocardia restrictus dobrze obrazuje różnice
specyficznośi dehydrogenaz alkoholowych
Sposoby zwiększenia czystości
enancjomerycznej:
• Zmiana rozpuszczalnika reakcji
• Immobilizowanie enzymu
• Stosowanie dodatków
(etery koronowe, cyklodekstryny, związki
organiczne i nieograniczne)
• Zastosowanie dwóch następujących po
sobie procesów katalizy enzymatycznej
Aminokwasy
COOH
H
2
N
R
1
R
1
Wydajnosc e.e.
PhCH
2
92% 98%
Phe
HO-Ph-CH
2
95% 97% Tyr
Me
2
CH-CH
2
87% 93% Leu
COOH
O
R
1
E3
E1
E2
COOR
2
H
2
N
R
1
R
1
COOH
E1 Hydrolazy
E2 Liazy (addycja NH
3
)
E3 Dehydrogenazy ( reduktywne aminowanie)
Hydrolazy. Schemat reakcji
Hydrolazy. Leki
Zopcione. Lek przeciwbólowy
Candida antarctica lipase A
(CAL A)
Lek psychotropowy
Chiral 1,2-amino alcohols have
proved to be a functionally active
class of compounds with a wide
applicability in
medicinal chemistry. For example,
(S)-2-amino-1-butanol is the chiral
precursor of the antitubercular drug
ethambutol,
cis-(1S,2R)-1-aminoindan-2-ol is a
key component of indinavir, which is
a potent protease inhibitor of human
inmunodeficency virus (HIV).
Chirony jako półprodukty
Aminokwasy
COOH
RHN
R
1
E1
COOR
2
RHN
R
1
COOR
2
NHR
R
1
E1 alfa-chymotrypsyna ( watroba wolowa)
drozdze
R n-C
5
H
11,
Ph(CH
2
)
4
-
R
2
Me
e.e.> 97%
Hydrolazy. Lipase-catalysed
synthesis of (S)-1-
phenylethylamine
Lipase-catalysed synthesis of
(S,R)-2,3-p-
methoxyphenylglycylic acid
Amino acylase-catalysed
enantioselective hydrolysis of N-
acetyl-D,L-methionine
Lipase-catalysed synthesis of
(S,R)-2,3-p-
methoxyphenylglycylic acid
Lipase-catalysed synthesis of
(S)-1-phenylethylamine
Otrzymywanie leków HIV
Półprodukt do otrzymywania leku
Choroby układu krążenia
Nukleozydy. Leki przeciwnowotworowe
Nukleozydy. Leki przeciwnowotworowe