Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время большинство биокаталитических промышленных процессов получения энантиомерно чистых соединений основано либо на реакциях ферментативного гидролиза в водной среде, либо на реакциях ацильного переноса в безводных органических растворителях. Общим недостатком этих методов является возможность получения только одного энантиомера соединения. Существенными проблемами биокатализа в неводной среде, ограничивающими его применение на промышленном уровне, являются чрезвычайно низкая активность ферментов, дороговизна и сложность утилизации органических растворителей. Исследования последних лет свидетельствуют о том, что возможности применения доступных гидролитических ферментов в естественной для них водной среде еще далеко не исчерпаны. Примером может служить предложенный в нашей лаборатории метод высокоэффективного и стереоселективного ацилирования аминов в водных растворах и интегральный биокаталический метод разделения энантиомеров, основанный на реакциях синтеза и гидролиза, катализируемых пенициллинацилазой (ПА) в водной среде. В этой связи дальнейшее развитие высокоэффективных и экологически безопасных биокаталитических методов препаративного получения энантиомеров различных подклассов первичных аминосоединений, основанных на ферментативных реакциях в водной среде, имеет важное научное и практическое значение. Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение эффективности, хемо- и региоселективности ферментативного ацилирования в водной среде различных подклассов первичных аминосоединений, катализируемого ПА, подбор и оптимизация условий препаративного биокаталитического получения энантиомерно чистых полифункциональных производных аминотиолов и обоих энантиомеров первичных аминосоединений различных подклассов, а также разработка аналитического метода определения энантиомеров первичных аминов для характеристики оптической чистоты аминосоединений в ходе ферментативного расщепления рацематов и при выделении конечных продуктов. При достижении поставленных целей были решены следующие задачи:
Проведена оптимизация реакций ацильного переноса, катализируемых ПА в водной среде, с учетом растворимости компонентов с целью получения энантиомерно чистых соединений в препаративных количествах;
Изучена зависимость эффективности и хемоселективности ферментативного ацильного переноса при ацилировании аминотиолов различными ацильными донорами и возможность улучшения параметров биокаталитического процесса путем инженерии субстратов;
В препаративных количествах получены новые энантиомерно чистые тиолы и показано, что их применение позволяет провести количественное определение ряда энантиомеров первичных аминосоединений методом ВЭЖХ с предколоночной модификацией орто-фталевым альдегидом (ОФА);
4) Проведена оптимизация условий препаративного получения обоих энантиомеров различных подклассов аминосоединений и аминоспиртов интегральным биокаталитическим методом. Научная новизна. Показана возможность проведения высокоэффективного и хемоселективного ацильного переноса на аминогруппы аминотиолов и аминоспиртов в водной среде, катализируемого ПА. Получены новые полифункциональные энантиомерно чистые N-ацильные производные цистеина и глутатиона, показана возможность количественного определения энантиомеров аминоспиртов и нефункционализированных аминов методом ВЭЖХ с предколоночной модификацией при использовании синтезированных хиральных SH-реагентов. Оптимизирован интегральный биокаталитический метод для препаративного получения обоих энантиомеров различных классов аминосоединений, а именно а-аминокислот, аминоспиртов, гидрофобных аминов, основанный на реакциях гидролиза в водной среде.
Практическая значимость. Разработан высокоэффективный биокаталитический одностадийный метод препаративного получения энантиомерно чистых N-ацильных производных аминотиолов, основанный на хемо- регио- и стереоселективном ацильном переносе в водной среде, катализируемом ПА. Применение новых энантиомерно чистых функционализированных N-ацильных производных цистеина существенно расширяет возможности метода ВЭЖХ с предколоночной модификацией для хирального анализа первичных аминосоединений. Разработан универсальный метод определения оптической чистоты аминосоединений. Проведена оптимизация условий препаративного ферментативного получения полифункциональных N-ацильных производных аминосоединений. Разработаны методики препаративного разделения энантиомеров различных подклассов первичных аминосоединений интегральным биокаталитическим методом.
Апробация работы. Результаты работы были доложены на международных конференциях Биокатализ - 2002, 2005, 2007; 100 лет хроматографии, Биокатализ в нетрадиционных средах (2008), международных симпозиумах по биокатализу и боитрансформации BioTrans-2005, 2009; международном симпозиуме по соврменным методам органической химии (2006), международном биокаталитическом конгрессе (2007).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 статьи, 1 патентная заявка и 10 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов и их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы, содержащего 184 ссылки. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 15 схем и 15 рисунков.
Похожие диссертации на Использование пенициллинацилазы для получения энантиомерно чистых аминосоединений и их производных
