Diseño y desarrollo de procesos biocatáliticos para la preparación de compuestos de alto valor añadido

• Autores: Caroline Paul
• Directores de la Tesis: Vicente Gotor Fernández (dir. tes.), Vicente Miguel Gotor Santamaría (dir. tes.), Iván Lavandera García (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Oviedo ( España ) en 2013
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Gideon Grogan (presid.), Miguel Ferrero Fuertes (secret.), Susana García Cerrada (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Física del estado sólido
  • Química
    • Química orgánica
  • Ciencias de la vida
    • Biología molecular
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TESEO  RUO 
• Resumen

  • El campo de la Biocatálisis se ha desarrollado en las últimas décadas hasta ser reconocido, hoy en día, como una herramienta muy útil para la síntesis de compuestos orgánicos. Así, permite el desarrollo de procesos químicos que transcurren con alta estereo-, quimio- y regioselectividad. Los catalizadores que se emplean, los enzimas, actúan en condiciones suaves de reacción para el medio ambiente y son biodegradables. Por ese motivo el sector industrial está incorporando, cada vez más, procesos biocatalíticos, especialmente para la preparación de compuestos enantioenriquecidos con aplicaciones farmacológicas, agrícolas, o alimenticias. Esta Tesis Doctoral se ha dividido en una introducción general dedicada a la Biocatálisis, y en cuatro capítulos, mostrándose en cada uno de ellos procesos biocatalíticos distintos, donde se emplean enzimas del tipo hidrolasas u oxidorreductasas. En la Introducción se ha realizado una descripción general de la Biocatálisis, desde su inicio hasta los diversos procesos enzimáticos desarrollados en la actualidad. En el Capítulo 1 se describe la síntesis quimioenzimática de líquidos iónicos quirales racémicos y ópticamente activos derivados de imidazol, basada en una resolución cinética clásica de un alcohol secundario catalizada por la lipasa inmovilizada de Pseudomonas cepacia. Además, se han aplicado estos líquidos iónicos como catalizadores para inducir quiralidad en una reacción de adición de tipo Michael, y se ha estudiado la toxicidad que presentan en el crecimiento de células de Escherichia coli, con el fin de determinar la influencia de su estructura en estos procesos. La mayor parte de los resultados obtenidos en este primer capítulo se encuentran recogidos en el artículo de investigación: ¿Chemoenzymatic preparation of optically active 3-(1H-imidazol-1-yl)cyclohexanol-based ionic liquids: Application in organocatalysis and toxicity studies¿, C. E. Paul, V. Gotor-Fernández, I. Lavandera, J. Montejo-Bernardo, S. García-Granda, V. Gotor, RSC Adv. 2012, 2, 6455-6463. En el Capítulo 2 se ha desarrollado un método eficaz y suave para la ozonólisis regioselectiva de derivados de estireno, mediante el uso de células enteras del hongo Trametes hirsuta. Este proceso enzimático permitió la ruptura oxidativa regioselectiva de dialquenos para la obtención de los correspondientes mono-aldehídos con alta selectividad y excelentes conversiones. La mayor parte de los resultados obtenidos en este segundo capítulo se encuentran recogidos en el artículo de investigación: ¿Expanding the regioselective enzymatic repertoire: oxidative mono-cleavage of dialkenes catalyzed by Trametes hirsuta¿, C. E. Paul, A. Rajagopalan, I. Lavandera, V. Gotor-Fernández, W. Kroutil, V. Gotor, Chem. Commun. 2012, 48, 3303-3305. En el Capítulo 3 se ha llevado a cabo la síntesis de miméticos de cofactores de nicotinamida que han sido empleados con éxito en biotransformaciones catalizadas por enoatoreductasas. Asimismo, se ha observado que el empleo de estos miméticos da lugar en algunos casos a mayores velocidades de reacción que en el caso de emplear cofactores de nicotinamida naturales. La mayor parte de los resultados obtenidos en este capítulo se encuentran recogidos en el artículo de investigación: ¿Mimicking nature: Synthetic nicotinamide cofactors for C=C bioreduction using enoate reductases¿, C. E. Paul, S. Gargiulo, D. J. Opperman, I. Lavandera, V. Gotor-Fernández, V. Gotor, A. Taglieber, I. W. C. E. Arends, F. Hollmann, Org. Lett. 2013, 15, 180-183. En el Capítulo 4 se destacan dos partes. Primero, se ha llevado a cabo la síntesis de líquidos iónicos derivados de imidazol, los cuales han sido empleados para su uso como aditivos y en el reciclaje del cofactor de nicotinamida en procesos biocatalizados por alcohol deshidrogenasas. Por otro lado, se ha descubierto un sistema de reciclaje del cofactor de nicotinamida muy eficiente empleando simplemente alcohol deshidrogenasas sobre-expresadas en E. coli sin necesidad de emplear ni cofactor externo ni co-sustrato. Este sistema de regeneración ha sido aplicado en procesos de resolución cinética oxidativa, desracemización y desimetrización de alcoholes.