UMYMFOR   05516
UNIDAD DE MICROANALISIS Y METODOS FISICOS EN QUIMICA ORGANICA
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
SÍNTESIS QUIMIOENZIMÁTICA DE UN OLIGÓMERO DE POLI[N-(2-HIDROXIETIL)-Β-ALANINA]
Autor/es:
MONSALVE, L. N.; PETROSELLI, G.; ERRA-BALSELLS, R.; BALDESSARI, A.
Lugar:
Bahía Blanca
Reunión:
Simposio; IX Simposio Argentino de Polímeros 2011; 2011
Resumen:
INTRODUCCION La síntesis de análogos sintéticos de polipéptidos constituye una aproximación biomimética para la obtención de productos que han podido ser utilizados en la preparación de catalizadores (Formaggio et al., 2004), materiales biocompatibles (Xue et al., 2011) y productos químicos con actividad biológica (Godballe et al., 2011). Entre los métodos más comunes para su preparación se pueden mencionar la polimerización por apertura de anillo de β-lactamas (Macías et al., 2006) y copolimerización de aziridinas N-sustituidas con monóxido de carbono (Lin et al., 2010). La aplicación de enzimas en Síntesis Orgánica posee varias ventajas. Entre ellas se destacan su selectividad, las condiciones suaves de reacción y la posibilidad de reutilización del catalizador. En particular, se han empleado lipasas en la preparación de poliésteres y poliamidas (Palsule y Poojari, 2010; Monsalve et al., 2010). En este trabajo se estudió la factibilidad de utilización de la lipasa de Candida antarctica B (CAL B) como biocatalizador para la polimerización de N-(2-hidroxietil)-β-alaninato de etilo. Esta reacción, en condiciones adecuadas, permitió la obtención de poli[N-(2-hidroxietil)-β-alanina]. METODOLOGÍA El material polimérico se obtuvo en dos pasos (Fig. 1): primero se preparó el aminoéster N-sustituido mediante una adición de aza-Michael entre acrilato de etilo y etanolamina. Esta reacción ocurre espontáneamente a temperatura ambiente (Ogata y Asahara, 1966). Luego se agregó la lipasa directamente a la solución del producto para que se produzca la polimerización. Se analizaron diversas variables de reacción, como ser el empleo de diversos solventes, concentraciones de sustrato, relaciones enzima/sustrato (E/S), lipasas de distintas fuentes y temperaturas de reacción. Este análisis tuvo como objetivo encontrar las condiciones óptimas de polimerización. Fig. 1. Obtención de poli[N-2-(hidroxietil)-β-alanina]. El análisis de los resultados de FT-IR y RMN permitió la elucidación estructural de la unidad repetitiva. El producto precipita, de modo que se separó por filtración, disolución del mismo con agua o mezclas de cloroformo y etanol, y una nueva filtración para separarlo el biocatalizador. El material obtenido de esta manera se caracterizó mediante métodos espectroscópicos: FT-IR, RMN 1H y 13C, y espectrometría de masa UV-MALDI-TOF. Para la determinación del peso molecular por espectrometría de masa se probaron varias matrices para obtener resultados fiables y reproducibles. RESULTADOS Y DISCUSION Se pudo determinar la estructura repetitiva del producto a partir del análisis de los resultados de los experimentos de RMN y FT-IR. El espectro infrarrojo (Fig. 2) muestra dos bandas intensas: una a 3400 cm-1, que evidencia la presencia de grupos hidroxilo; y otra a 1600 cm-1, que muestra una banda de amida I fuertemente asociada. El espectro de RMN 1H (Fig. 3) muestra tres grupos de señales correspondiente a los hidrógenos metilénicos del oligómero, según su entorno: metilenos vecinos a grupo carbonilo (2,6 ? 2,7 ppm), metilenos vecinos a nitrógeno (3,4 ppm) y metilenos vecinos a oxígeno (3,6 ppm). Fig. 2. FT-IR de poli[N-2-(hidroxietil)-β-alanina]. Fig. 3. RMN 1H de poli[N-2-(hidroxietil)-β-alanina]. El número de unidades repetitivas, así como la identidad de los grupos terminales pudo ser determinada mediante UV-MALDI-TOF. Los mejores resultados se obtuvieron en modo de ionización positivo, empleando norharmano (nHo) como matriz. En el espectro de masa de la Fig. 4 se puede observar la distribución de pesos moleculares. A partir de este análisis se pudo determinar que el número de unidades repetitivas se encuentra, en promedio, entre 5 y 6 y que ambos extremos de la cadena derivan de moléculas de etanolamina. Además, pudo observarse una tendencia de los oligómeros a formar aductos con cationes de metales alcalinos como sodio y potasio. Fig. 4. UV-MALDI-TOF del producto. Matriz: nHo En cuanto a los resultados de optimización de las condiciones de reacción, se alcanzó un rendimiento óptimo de 67%. Esto se logró llevando a cabo la reacción enzimática en un agitador orbital a 30° C y 200 rpm, por un período de 72 h, utilizando acetona como solvente a una concentración de sustrato de 1,2 M y utilizando una E/S de 0,1. La presencia de fragmentos derivados de etanolamina en ambos extremos del oligómero podría explicarse por la capacidad que tiene la CAL B para catalizar la adición de Michael (Monsalve et al., 2010). En este caso, creemos que la enzima cataliza una reacción retro-Michael en una extremo de la cadena. CONCLUSIONES El desarrollo de este trabajo hizo posible la preparación de un oligómero β-peptoide utilizando una estrategia quimioenzimática. Esta estrategia permitió emplear materiales de partida sencillos y económicos. La reacción pudo llevarse a cabo en condiciones suaves. Se está estudiando la aplicación de este nuevo material, así como la posibilidad de preparación de otros β-peptoides con distinta sustitución en el nitrógeno con esta misma metodología. REFERENCIAS Formaggio, F.; et al., ?Role of Secondary Structure in the Asymmetric Acylation Reaction Catalyzed by Peptides Based on Chiral Cα-Tetrasubstituted β-Amino Acids? J. Org. Chem., 69, 3849-3856 (2004). Godballe, T.; et al., ?Antimicrobial β-Peptides and α-Peptoids? Chem. Biol. Drug Des., 77, 107-116 (2011). Lin, S.; et al. ?Poly(β-alanoid-block-β-alanine)s: synthesis via cobalt-catalyzed carbonylative polymerization and self-assembly? Chem. Commun., 46, 4273-4275 (2010). Macías, A.; et al. ?Synthesis of Enantiopure Pyrrolidine-Derived Peptidomimetics and Oligo-β-peptides via Nucleophilic Ring-Opening of β-Lactams? J. Org. Chem., 71, 7721-7730 (2006). Monsalve, L.N.; et al. ?Lipase-Catalyzed Synthesis and Characterization of a Novel Linear Polyamidoamine Oligomer? Polymer, 51, 2998-3005 (2010). Ogata, N. and Asahara, T. ?The Reaction of Amino Alcohols with Acrylates? Bull. Chem. Soc. Jpn., 39, 1486-1490 (1966). Palsule, A.S. and Poojari, Y. ?Enzymatic synthesis of silicone fluorinated aliphatic polyesteramides? Polymer, 51, 6161-6167 (2010). Xie, Y.; et al. ?Anti-tumor efficacy of polymer?platinum(II) complex micelles fabricated from folate conjugated PEG-graft-α,β-poly [(N-amino acidyl)-aspartamide] and cis-dichlorodiammine platinum(II) in tumor-bearing mice? Colloid Surf. B, 85, 280-288 (2011).