Bienzymatic Dynamic Kinetic Resolution of Secondary Alcohols by Esterification/Racemization in Water
Dynamiczny rozdział kinetyczny (DKR) to kluczowa metoda stosowana do otrzymywania optycznie czystych związków z racemicznych substratów z teoretyczną wydajnością wynoszącą 100%. Metoda ta łączy interkonwersję enancjomerów deracemizowanego substratu z enancjoselektywną transformacją. W niniejszym artykule opisano biokatalityczny proces DKR racemicznych alkoholi, który został zrealizowany przy użyciu tandemu biokatalizatorów w wodzie. Z jednej strony wykorzystano zmodyfikowaną dehydrogenazę alkoholową z Lactobacillus kefir (Lk-ADH Prince), umożliwiającą katalityczną racemizację chiralnych alkoholi in situ poprzez mechanizm sekwencyjnej wymiany atomu wodoru pomiędzy cząsteczkami alkoholu/ketonu oraz kofaktorami NAD(P)H/NAD(P)+. Równolegle zastosowano odpowiednie stereokomplementarne warianty acylotransferazy pochodzącej z Mycobacterium smegmatis (MsAcT), które katalizują enancjoselektywną transestryfikację alkoholi z wykorzystaniem octanu 2,2,2-trifluoroetylu jako donora grupy acetylowej w wodzie, przebiegającą wbrew niekorzystnej termodynamice typowej dla tego typu układów reakcyjnych. Warto podkreślić, że opracowany dwuenzymatyczny proces kaskadowej deracemizacji chiralnych alkoholi stanowi przełomowe rozwiązanie problemów syntetycznych, które przez ponad 30 lat stanowiły wyzwanie dla chemików bioorganików. Dotychczasowe chemoenzymatyczne procesy DKR opierały się na zastosowaniu lipaz oraz kosztownych i niestabilnych kompleksów metali grup przejściowych. Z tego względu ich realizacja wymagała bezwodnych i beztlenowych warunków reakcyjnych, wysokich temperatur, stosowania toksycznych zasad do aktywacji kompleksów metali oraz użycia lotnych, szkodliwych dla środowiska rozpuszczalników organicznych. Dodatkowo, praktyczne zastosowanie tych metod było utrudnione przez relatywnie długi czas reakcji, powstawanie licznych produktów ubocznych, wzajemną dezaktywację katalizatorów DKR, konieczność immobilizacji enzymów, ograniczone spektrum substratowe oraz skomplikowane procedury izolacji i oczyszczania produktów. Zaprojektowany przez zespół dr. Borowieckiego dwuenzymatyczny proces DKR eliminuje wszystkie te ograniczenia, ponieważ wykorzystuje w pełni biodegradowalne biokatalizatory działające w wodnych roztworach buforowych. Co istotne, reakcja przebiega w łagodnych warunkach temperaturowych i pH, osiągając wysokie wydajności (65–82%) oraz nadmiary enancjomeryczne (83–99,9%) dla izolowanych produktów. Dodatkowo, czas trwania reakcji został drastycznie skrócony – nawet do zaledwie 1,5 godziny, a praktyczność biokatalitycznego procesu DKR została wykazana w skali gramowej na modelowym substracie. Badania opisane na łamach Angewandte Chemie International Edition z pewnością przyczynią się do rozwoju wydajniejszych, bardziej selektywnych oraz proekologicznych metod syntezy optycznie czynnych związków o wysokiej wartości dodanej.
Artykuł:
Angewandte Chemie-International Edition
Autorzy z PW:
Paweł Borowiecki, Aleksandra Rudzka
Dyscyplina:
Rok wydania: