Este trabajo propone una vía sintética innovadora y sostenible de compuestos como aldehídos, lactonas o lactamas, gracias a la oxidación aeróbica quimioselectiva de grupos alcohol o amino. Ello se consigue mediante el uso de un sistema catalítico muy eficiente basado en la enzima lacasa del hongo Trametes versicolor y el mediador TEMPO, empleando un medio acuoso como disolvente benigno, lo que evita los inconvenientes asociados al empleo de los catalizadores metálicos, que pueden ser altamente tóxicos.
Los enzimas o biocatalizadores permiten llevar a cabo transformaciones químicas en condiciones suaves de reacción tanto de pH, temperatura y tiempos de reacción. Esto elimina la peligrosidad y toxicidad de métodos químicos convencionales existentes hoy en día, por lo que desde hace tiempo numerosas empresas nacionales y extranjeras se han puesto en contacto con nuestro grupo de investigación para implementar el uso de la Biocatálisis Aplicada en sus instalaciones. Esto ha tenido un claro reflejo en el desarrollo de procesos conjuntos con muy industrias químicas y biotecnológicas, plasmándose en la publicación de numerosas patentes.
En el presente trabajo se ha aprovechado la eficiencia del sistema catalítico formado por la lacasa del hongo Trametes versicolor y el mediador TEMPO (radical tetrametilpiperidina1-oxilo) para llevar a cabo procesos oxidativos en condiciones suaves de reacción, empleando principalmente un medio acuoso y un cosolvente para favorecer la disolución inicial de los reactivos. De esta manera, se ha demostrado la excelente quimioselectividad del proceso para oxidar diversas familias de compuestos como son alcoholes primarios, dioles o amino alcoholes, dando lugar a la formación de productos de alto valor añadido, así como de gran interés para la industria química médica, como son las lactonas y las lactamas.
Este trabajo continua una línea innovadora del grupo para el desarrollo de procesos redox empleando muy diversos enzimas como alcohol deshidrogenasas, lacasas o Baeyer-Villiger monooxigenasas, y que permiten la reducción, oxidación u oxigenación de moléculas orgánicas con gran selectividad.
En una anterior publicación (Adv. Synth. Catal. 2012, 354, 3405-3408), y en colaboración con la empresa holandesa CLEA Technologies, se identificó el sistema formado por la lacasa Trametes versicolor y el TEMPO como eficaz para desarrollar oxidaciones de alcoholes en condiciones suaves de reacción. Así, fue posible el acceso a interesantes lactonas empleando simplemente un medio acuoso como disolvente de la reacción.
En la posterior extensión del trabajo hacia sustratos más complejos estructuralmente se han empleado pequeñas cantidades de cosolventes orgánicos, para favorecer la solubilidad y reactividad de los mismos, desarrollando un método de oxidación sostenible y robusto. Así, hemos sido capaces de llevar a cabo oxidaciones selectivas en condiciones suaves, cortos periodos de tiempo y siendo este proceso medioambientalmente más aceptable que otros sistemas químicos descritos con anterioridad. De esta manera no es necesario el empleo adicional de bases o de ligandos en el proceso, aceptando el uso de disolventes orgánicos para favorecer la solubilidad de sustratos hidrofóbicos, y ocurriendo con una gran eficiencia atómica.
Desde un punto de vista metodológico el desarrollo de oxidaciones selectivas, y que además permitan llevar a cabo procesos de ciclación en cascada posee un gran interés ya que permite desarrollar reacciones asequibles económicamente para la formación preferente de compuestos de gran interés como puedan ser las lactonas y las lactamas. Estas familias de heterociclos poseen importantísimas aplicaciones en el campo de la síntesis de materiales, así como de la preparación de fármacos claves en el tratamiento de muy diversos desórdenes físicos.
Además, en nuestro grupo de investigación se presta una especial atención al desarrollo de procesos medioambientalmente sostenibles, con el fin de situar a los enzimas como catalizadores eficientes, dentro de lo que hoy en día se conoce como Química Verde o Sostenible. El desarrollo de procesos sintéticos selectivos y respetuosos con el medio ambiente, es clave para preservar el bienestar de nuestra y futuras generaciones. En ese contexto, existe una gran demanda para llevar a cabo procesos de oxidación de compuestos orgánicos evitando el uso de determinados catalizadores metálicos, que son altamente tóxicos como puedan ser las sales de cromo o cobre.
Vicente Gotor Fernández
vicgotfer@uniovi.es
Departamento de Química Orgánica e Inorgánica, Universidad de Oviedo
Grupo de Química Bioinorgánica
Referencia
“Laccase/2,2,6,6-Tetramethylpiperidinoxyl Radical (TEMPO): An Efficient Catalytic System for Selective Oxidations of Primary Hydroxy and Amino Groups in Aqueous and Biphasic Media” ADVANCED SYNTHESIS & CATALYSIS. 2014; 356: 2321-2329. Díaz-Rodríguez, Alba; Martínez-Montero, Lía; Lavandera, Iván; Gotor-Fernández, Vicente.
El grupo de Química Bioogánica de la Universidad de Oviedo fue creado en 1988 y se especializa en el uso de enzimas en procesos sintéticos tanto en medio orgánico como en medio acuoso.El grupo trabaja en muy diversos proyectos, empleando varios biocatalizadores como son hidrolasas, oxidoreductasas o transferasas, con el fin de desarrollar procesos quimio-, regio- y estereoselectivos. En este contexto se han publicado a lo largo de los años unos 400 artículos de investigación y se han leído alrededor de 50 Tesis Doctorales.
