Avaliação da promiscuidade catalítica de soroalbuminas em sínteses orgânicas

Abstract

O presente trabalho teve como principal objetivo estudar a atividade catalítica de soroalbumina bovina (BSA) em reações formadoras de uma nova ligação C-C: Reações aldólica, de Henry e Morita-Baylis-Hillman (MBH). Em todos os casos a BSA atuou como catalisador, visto que quando as reações foram realizadas sem sua presença, não houve formação dos produtos desejados. Os rendimentos obtidos para as reações aldólica (37%), Henry (80%) e MBH (73%), variaram de bons a moderados e não foi observada enantiosseletividade para nenhuma das reações estudadas. As soroalbuminas são proteínas que formam muita emulsão dificultando os processos downstream na separação dos produtos e materiais de partida. Visando minimizar este inconveniente, a BSA foi submetida à imobilização em MCLEA (magnetic cross-linking enzyme aggregates) utilizando nanopartículas magnéticas de óxido de ferro. Nestes casos, o biocatalisador pôde ser facilmente retirado do meio reacional com aplicação de um campo magnético externo. Esta metodologia afetou diretamente no rendimento da reação de Henry, passando de 80% para 89%. Porém, para as outras reações a melhoria no rendimento não foi tão expressiva. A imobilização também não foi eficaz para o aumento dos excessos enantioméricos. Até o momento para a reação de MBH com os substratos utilizados, não há relatos na literatura para a síntese do aduto desejado catalisado pela BSA. Sendo assim, optamos por realizar um planejamento fatorial completo dessa reação visando otimizar as condições reacionais bem como os rendimentos. As variáveis estudadas foram: temperatura, concentração do biocatalisador e condição do biocatalisador (livre ou imobilizado). Os resultados obtidos mostraram que a variável com maior influência na reação, é a concentração do biocatalisador. A conversão obtida passou de 30% para 40% utilizando 2,2 μmol de BSA. Em seguida, realizamos um estudo de ascendência da concentração do catalisador visando otimizar este parâmetro. A conversão obtida passou para 73% quando foram utilizadas 3,7 μmol de biocatalisador imobilizado. Realizamos um estudo de reciclagem do biocatalisador imobilizado. Foi possível reutiliza-lo porém com diminuição da conversão a partir do segundo ciclo. Os resultados obtidos nesta dissertação evidenciam o potencial biocatalítico da BSA em reações para a formação de ligação C-C.

This work aimed to study the catalytic activity of bovine serum albumin (BSA) in reactions that form a new C-C bond: aldol reactions, Henry and Morita-Baylis-Hillman (MBH). In all cases BSA served as the catalyst, whereas when the reactions were carried out without their presence there was no formation of the desired products. The yields obtained for aldol reactions (37%), Henry (80%) and MBH (73%), ranged from good to moderate enantioselectivity and was not observed for any of the studied reactions. The serum albumins are proteins that form the much emulsion difficulting downstream processes in separation of the products and starting materials. To minimize this inconvenience, the BSA was subjected to immobilization in M-CLEA (magnetic cross-linking enzyme aggregates) using magnetic nanoparticles of iron oxide. In these cases the biocatalyst could be easily removed from the reaction medium by applying an external magnetic field. This methodology directly affect the yield of the Henry reaction, from 80% to 89%. However, for other reactions the improvement of yields was less pronounced. The immobilization was also not effective for improving the enantiomeric excess. So far for the MBH reaction with the worked substrates, there are no reports in the literature for the synthesis of the desired adduct catalyzed by BSA. So we decided to study a full factorial design of this reaction to optimize the reaction conditions and yields. The variables studied were: temperature, the biocatalyst concentration and biocatalyst conditions (free and immobilized). The concentration of biocatalyst was the major factor with interference in all reactions. The conversion increased from 30% to 40% using 2.2 μmol of BSA. Then we perform a study of catalyst concentration to optimize this parameter. The conversion increased to 73% when they were used 3.7 μmol immobilized biocatalyst. To evaluate the retention of catalytic activity of BSA immobilized, it was performed a study of the immobilized biocatalyst recycling. It was possible the reuse but with reduced conversion from the second cycle. The results obtained in this work demonstrated the potential of BSA in C-C bond formation reactions.