Development of enzyme-catalysed resolution, desymmetrisation and cascade processes. Use of lipases, alcohol dehydrogenases and transaminases in stereoselective synthesis

Esta Tesis Doctoral se engloba dentro del campo de la Biocatalisis, disciplina que estudia el empleo de enzimas como catalizadores de reacciones quimicas que generalmente se desarrollan con una gran eficiencia atomica, bajo condiciones de reaccion suaves y con una alta (estereo)selectividad. Todo ello, permite el desarrollo de rutas sinteticas mas economicas y que generan menos deshechos que los procesos quimicos convencionales, lo que se ha traducido en que la Biocatalisis haya ido ganando importancia en la industria como una herramienta sostenible para la preparacion de compuestos de interes en muy diversos sectores como el farmaceutico, agricola o textil, entre otros. Esta Tesis Doctoral consta de una introduccion general y seis capitulos distribuidos en dos bloques en los que se emplean distintas clases de enzimas con la intencion de desarrollar procesos altamente estereoselectivos aprovechando la quiralidad intrinseca que presentan los biocatalizadores. En la Introduccion, se adentra al lector en el campo de la Biocatalisis, definiendo las diferentes clases de enzimas existentes, y haciendo especial hincapie en los biocatalizadores empleados en el desarrollo de este trabajo como son las lipasas, las alcohol deshidrogenasas y las transaminasas, asi como los diferentes medios de reaccion en los que pueden llevarse a cabo las biotransformaciones. En los Capitulos 1-3 (Bloque I), se ha abordado la sintesis de compuestos nitrogenados opticamente activos. Para ello, se han utilizado dos tipos de enzimas: las lipasas, pertenecientes a la clase de las hidrolasas, y las transaminasas, que son un tipo de transferasas. En el Capitulo 1, se ha empleado la lipasa de Candida antarctica de tipo B (CAL-B) para poner a punto un proceso de resolucion cinetica de aminas racemicas que son precursores de derivados de benzoxazina y que habian sido sintetizadas previamente. Asi, se consiguio llevar a cabo la sintesis enantioselectiva de dichas aminas y de las correspondientes amidas. Estos resultados han sido publicados en “Stereoselective Access to 1-[2-Bromo(het)aryloxy]propan-2-amines Using Transaminases and Lipases; Development of a Chemoenzymatic Strategy Toward a Levofloxacin Precursor” (J. Org. Chem. 2016, 81, 9765-9774). En el Capitulo 2, se ha hecho uso de diversas transaminasas para llevar a cabo la biotransaminacion de - y -cetoesteres y sintetizar los correspondientes aminoesteres, inestables en el medio de reaccion y que ciclan espontaneamente dando lugar a interesantes lactamas opticamente activas. Los resultados obtenidos tras la puesta a punto de este proceso en cascada se recogieron en el articulo titulado “Conversion of - and -Keto Esters into Optically Active Lactams. Transaminases in Cascade Processes” (Adv. Synth. Catal. 2018, 360, 686-695). En el Capitulo 3 se han utilizado transaminasas en la resolucion cinetica dinamica de una serie de -alquil--cetoamidas, previamente sintetizadas mediante metodos quimicos convencionales. Tras un intenso proceso de optimizacion, se han conseguido obtener las correspondientes -aminoamidas sustituidas en posicion  de manera diastereo- y enantioenriquecida. Un resumen de estos resultados ha sido recientemente enviado a la revista Catalysis Science & Technology para su posible publicacion con el articulo titulado “Efficient Synthesis of -Alkyl--Amino Amides by Transaminase-Mediated Dynamic Kinetic Resolutions” (ID del manuscrito: CY-ART-05-2019-001004). En el Bloque II (Capitulos 4-6) se han empleado alcohol deshidrogenasas como catalizadores en procesos de resolucion cinetica dinamica y desimetrizacion. Ademas, se ha llevado a cabo un estudio de su actividad empleando como cosolvente una mezcla eutectica compuesta por glucosa y cloruro de colina. En el Capitulo 4, se han estudiado una serie de -cetoamidas sustituidas en posicion  como sustratos de diferentes alcohol deshidrogenasas sobreexpresadas en Escherichia coli. Asi, se han sintetizado las correspondientes -hidroxiamidas de manera enantio- y diastereoselectiva. Los resultados obtenidos mediante este procedimiento han sido recientemente aceptados para su publicacion en “Synthesis of α-Alkyl-β-Hydroxy Amides through Biocatalytic Dynamic Kinetic Resolution Employing Alcohol Dehydrogenases” (Adv. Synth. Catal. 2019, DOI: 10.1002/adsc.201900317). En el Capitulo 5 se ha puesto a punto un metodo de desimetrizacion de 1,4-dicetonas utilizando la alcohol deshidrogenasa proveniente de Ralstonia species. Tras optimizar distintos parametros de reaccion como el cosolvente empleado, la temperatura y el tiempo de reaccion, se han conseguido obtener los correspondientes (1S,4S)-dioles con buenos rendimientos y selectividades, publicando los resultados en “Stereoselective Enzymatic Reduction of 1,4-Diaryl-1,4-Diones to the Corresponding Diols Employing Alcohol Dehydrogenases” (Catalysts 2018, 8, 150). Finalmente, en el Capitulo 6 se ha estudiado el comportamiento de diversas alcohol deshidrogenasas en disolventes compuestos por medios acuosos y una mezcla eutectica que contiene glucosa y cloruro de colina. La novedad de este sistema radica en el empleo de esta mezcla eutectica como cosolvente y como fuente de glucosa con el fin de regenerar el cofactor necesario para el funcionamiento de los enzimas redox. Los resultados obtenidos se han recogido en el articulo “A Designer Natural Deep Eutectic Solvent to Recycle the Cofactor in Alcohol Dehydrogenase-Catalysed Processes”, recientemente aceptado en Green Chem. 2019, DOI:10.1039/C9GC00318E.