Microorganism mediated stereoselective bio-oxidation and bio-hydrogenation reactions and thiamine pyrophosphate dependent enzyme catalyzed enantioselective acyloin reactions

Abstract

Bu çalışmada farmasotik açıdan önemli bazı bileşiklerin sentezine yönelik mikrobial ve enzimatik acyloin sentez metotları geliştirilmiştir. Aspergillus flavus küfü (MAM 200120) kullanılarak, mezo-hidrobenzoinin biyo-oksidasyonu ile yüksek enantioseçicilikte benzoin sentezi gerçekleştirilmiştir (%76). % 13 lük bir verimle oluşan bu dönüşüm rasemik hidrobenzoin için uygulandığında çalışmamızda önerilen ardışık oksidasyon?hidrogenasyon mekanizmasını doğrulayacak şekilde yüksek verimle (>%90) mezo-hidrobenzoine dönüşümü ile sonuçlanmıştır.Wieland-Miescher keton (3,4,8,8a-tetrahidro-8a-metilnaftalen-1,6(2H,7H)-dion) steroid ve terpenoid gibi önemli biyoaktif maddelerin yapıtaşıdır. Birçok organik sentez yöntemi bu temel yapının enantioseçici olarak indirgenmesini de içermektedir. Bu çalışmada Aspergillus niger (MAM 200909) kullanılarak gerçekleştirilen biyotransformasyon ile Wieland-Miescher keton biyokatalitik olarak indirgenebilmiş, optimize edilen koşullarda bu biyodönüşüm literatürdeki sonuçlara kıyasla çok daha yüksek verim (%80), de (%79) ve ee (%94) değerleri ile elde edilmiştir.Mikrobial biyotransformasyonlara ek olarak benzaldehit liyaz (BAL) (EC 4.1.2.38) ve benzoil format dekarboksilaz (BFD) (E.C. 4.1.1.7) enzimleri ile biyo-katalitik açiloin sentezi gerçekleştirilmiştir. Yüksek seçicilik ve verimde C-C bağı oluşum tepkimeleri veren bu enzimler yüzey modifiye silika kaplı manyetik parçacıklar üzerine metal afinite tekniği kullanılarak tutuklanmıştır. Bu yöntem ile rekombinant histidin etiketli BAL ve BFD enzimleri tek basamakta saflaştırılılıp tutuklanabilmiştir. SDS jel elektroforezi sonuçlarına göre yüzey modifiye manyetik parçacıklara histidin etiketli rekombinant proteinler seçici olarak bağlanabilmiştir. BAL ve BFD'nin katalizlediği bilinen benzoin kondenzasyonu ve bazı örnek açiloin tepkimeleri bu yeni tutuklanmış sistem ile yüksek enantioseçicilik (99-92%) ve verim ile gerçekleştirilebilmiş ve elde edilen sonuçlar, serbest enzim reaksiyonlarına ait değerler ile kıyaslanabilir bulunmuştur.

In this study various microbial and enzymatic methods developed for enantioselective acyloin synthesis for preparation of some pharmaceutically important intermediates. By performing Aspergillus flavus (MAM 200120) mediated biotransformation, enantioselective bio-oxidation of meso-hydrobenzoin was achieved with a high ee value (76%). Racemic form of hydrobenzoin was also employed for the same bio-oxidation process and this bioconversion was resulted in accumulation of meso form (>90% yield) confirming the suggested mechanism of oxidation-reduction sequence of hydrobenzoin.Wieland-Miescher ketone (3,4,8,8a-tetrahydro-8a-methylnaphthalene-1,6(2H,7H)-dione) is an important starting material for bioactive compounds like steroids and terpenoids. Many synthetic approaches include enantioselective reduction of this compound. In this study Aspergillus niger (MAM 200909) mediated reduction of Wieland-Miescher ketone was achieved with a high yield (80%), de (79%) and ee (94%) value and these results were found much more superior than previously reported studies.Carboligating enzymes benzaldehyde lyase (BAL) (EC 4.1.2.38) and benzoiyl formate decarboxilase (BFD) (E.C. 4.1.1.7) are used for biocatalytic acyloinsynthesis. These enzymes are immobilized to surface modified superparamagnetic silica coated nanoparticles by using metal ion affinity technique. With this system recombinant histidine tagged BAL and BFD purified and immobilized to magnetic particles by one-pot purification-immobilization procedure. SDS page analysis showed that our surface modified magnetic particles were eligible for specific binding of histidine tagged proteins. Conventional BAL and BFD catalyzed benzoin condenzation reactions and some representative acyloin reactions were performed with this system with a high enantioselectivity (99-92%) and yield. Results obtained with magnetic particle-enzyme system were also found comparable with that of free enzyme catalyzed reactions.