Biorredução quimiosseletiva de chalconas bifenílicas com leveduras em sistema bifásico

Abstract

Este trabalho apresenta a síntese de uma série de chalconas bifenílicas (26-38) através de reações de condensação aldólica catalisada por base, bem como a utilização destes compostos carbonílicos a,ß-insaturados como substratos nas reações de biorredução quimiosseletiva mediadas pelas leveduras Saccharomyces cerevisiae (fermento de pão comercial, FP, e linhagens industriais CAT-1 e PE-2) e sete cepas de leveduras selvagens, em sistema bifásico. As chalconas bifenílicas foram obtidas com bons rendimentos (40-98%), e foram caracterizadas por técnicas espectroscópicas de RMN de 1H, de 13C, IV e ponto de fusão. Estes, foram reduzidos com NaBH4 para a obtenção dos álcoois racêmicos, que foram utilizados como padrões espectroscópicos para avaliar a quimiosseletividade da biorredução. A biotransformação destes compostos catalisada pela FP foi quimiosseletiva, formando apenas a correspondente cetona saturada. Utilizando o FP na reação de biorredução da chalcona 26 (reação modelo), foram avaliados diversos parâmetros reacionais tais como o sistema biocatalítico, solvente orgânico, pH, influência de aditivos, imobilização em alginato de cálcio, massa de substrato, massa de levedura, volumes das fases aquosa e orgânica e tempo reacional. Avaliou-se também o efeito de grupos substituintes do anel C das chalconas 26-38. As maiores conversões em produto 26r, foram obtidas nas reações mediadas por FP em sistema bifásico, com agitação magnética, na faixa de 30-35 °C e na faixa de pH de 5,5-6,5 (94%). Para a CAT-1 e PE-2, os valores de conversão em 26r foram de 61-79%. O n-hexano (log P = 3,2) foi o solvente mais adequado e a razão entre o volume de fase orgânica e fase aquosa foi importante para manter as atividades catalíticas das enzimas. Os efeitos dos substituintes do anel C das chalconas bifenílicas 28-38 foram, em geral, grandes e foi observada a correlação entre a posição do substituinte e a natureza dos grupos doadores e retiradores de elétrons. Usando o sistema bifásico otimizado, a chalcona bifenílica 26 foi submetida a reação com as demais leveduras selvagens, onde houve uma pequena formação do produto 26r em 8 h de reação (máx. 8%). Portanto, nestas condições, as leveduras selvagens não apresentaram um potencial para serem utilizadas como biocatalisadores da reação de interesse. Ressalta-se que todas as reações foram realizadas em condições brandas, e em geral foram obtidos bons resultados de conversão e seletividade.

Abstract : This work presents the synthesis of a series of biphenyl chalcones (26-38) through base-catalyzed aldol condensation reactions, as well as the use of a, ß-unsaturated carbonyl compounds as substrates in the chemosselective biorreduction reactions mediated by yeast Saccharomyces cerevisiae (Baker s yeast, BY, and industrial strains CAT-1 and PE-2) and seven wild-type yeast strains, in a biphasic system. The biphenyl chalcones were obtained in good yields (40-98%), and were characterized by 1H-, 13C-NMR, IR spectroscopy and melting point. The compounds were reduced with NaBH4 to obtain the racemic alcohols, which were used as spectroscopic standards to evaluate the chemoselectivity of the bioreduction. The biotransformation of these compounds catalyzed by BY was chemosselective, forming only the corresponding saturated ketone. Using BY in the bioreduction reaction of chalcone 26 (model reaction), several reaction parameters were evaluated, such as the biocatalytic system, organic solvent, pH, influence of additives, immobilization in calcium alginate, substrate mass, yeast mass, aqueous and organic ration and reaction time. The effect of substituent groups in the C-ring of chalcones 26-38 was also evaluated. The highest conversions values for product 26r were obtained in reactions mediated by BY in a biphasic system with magnetic stirring, in the temperature range of 30-35 °C and in the pH range of 5.5-6.5 (94%). For CAT-1 and PE-2, the conversion values for 26r were 61-79%. n-hexane (log P = 3.2) was the most suitable solvent and the ratio of organic phase volume to aqueous phase was important to maintain the catalytic activities of the enzymes. The effects of the substituents in the C-ring of the biphenyl chalcones 28-38 were generally large and a correlation was observed between the position of the substituent and the nature of the donor and withdrawing electron groups. Using the optimized biphasic system, the biphenyl chalcone 26 were reacted with the wild yeasts strains, where there was a small formation of product 26r in 8 h of reaction (max 8%). Therefore, under these conditions, wild-type yeast strains did not have potential to be used as biocatalysts in the reaction of interest. It is noteworthy that all reactions were carried out under mild conditions, and in general good conversion and selectivity results were obtained.