Una de les tendències en el camp de la química sostenible, la green chemistry, és la d'emprar biocatalitzadors en comptes de 
metalls pesants en la catàlisi de diferents reaccions químiques. En aquest treball es descriuen les propietats de les lipases com 
a biocatalitzadors, les seves propietats i limitacions, així com estratègies per superar-les.One of the main trends in the green chemistry field is to use biocatalysts instead of organometalic catalysts in order to
catalyse different chemical reactions. In this work, lipases are described as ideal biocatalysts and their properties, limitations
and strategies to overcome them are reviewed

Gotor-Fernández, Vicente

Revistes Catalanes amb Accés Obert

s indubtable que la química té molts de-
tractors, però per molt que se la intenti
 menysprear, podem afirmar, sense cap
 dubte, que la vida moderna i qualsevol dels
aspectes que la caracteritzen serien impos-
sibles sense els coneixements que propor-
ciona la química com a ciència i l’aplicació
que d’ells fa la indústria per a la preparació de productes bà-
sics per poder tenir una qualitat de vida que es correspongui
amb les necessitats de cada època. Al principi dels anys no-
ranta, l’Agència de Protecció del Medi Ambient dels Estats
Units (EPA), conscient de l’augment continu de nous proces-
sos químics, va començar a elaborar unes directrius sobre la
producció química amb unes metodologies més netes, amb la
qual cosa va néixer un nou camp, la green chemistry, que pos-
teriorment ha anat evolucionant cap a allò que els països de
l’Europa continental hem definit com a química sostenible.
En els últims anys es va observant la preocupació de les nacions
per evitar la generació de contaminació i de residus utilitzant
alternatives netes per a la preparació de productes necessaris
per millorar la nostra qualitat de vida. Actualment, una defini-
ció acceptada de química sostenible és l’orientació de la quími-
ca, com a conjunt de coneixements teòrics i aplicats, que té
com a objectiu específic la prevenció de la contaminació am-
biental i dels riscos causats per les substàncies químiques,
 mitjançant la introducció o la potenciació de processos nets i
segurs de producció i de productes químics menys tòxics i con-
taminants, sense menysprear la seva aportació al benestar i al
progrés tecnològic. Els objectius que s’intenten aconseguir a
través d’aquestes alternatives són la reducció de la generació i
de l’ús de substàncies contaminants en el procés químic; no
utilitzar, quan sigui possible, substàncies perilloses en el procés
químic; obtenir productes finals sense restes de substàncies no-
cives, i un factor d’una gran importància: la reducció de la uti-
lització de matèries primeres no renovables.
Per això algunes de les línies de recerca en síntesi orgànica
més actuals persegueixen la utilització de: a) noves tipologies
de dissolvents, com líquids iònics o fluids, en condicions su-
percrítiques en comptes dels dissolvents orgànics convencio-
nals; b) biocatalitzadors en lloc de metalls pesants; c) condi-
cions de reacció més suaus de pressió i temperatura; d) el
reciclatge del catalitzador, i e) l’ús de noves alternatives com
l’electroquímica, les microones, la sonicació o d’altres. Aques-
tes millores aporten el desenvolupament de nous processos
químics de baix risc ambiental que consumeixen poca energia
i que disminueixen els residus.
Les biotransformacions són aquells processos en els quals s’utilit-
zen enzims aïllats o microorganismes com a catalitzadors per
convertir un substrat en producte. Aquests biocatalitzadors s’han
agrupat tradicionalment en sis diferents grups depenent de les
reaccions que són capaços de catalitzar: oxidoreductases, hidro-
lases, liases, transferases, isomerases i lligases, d’entre els quals
són les oxidoreductases i les hidrolases, especialment lipases, les
que presenten una major versatilitat per a la producció industrial
d’interessants precursors o compostos d’alt valor afegit.
Les lipases, que formen part del grup de les hidrolases, són els
enzims més utilitzats pel químic orgànic per preparar produc-
tes d’alt valor afegit. Aquests biocatalitzadors són molt versà-
tils perquè:
1) Són proteïnes amb una gran activitat catalítica, que aug-
menten en diversos ordres les velocitats de reaccions de pro-
cessos duts a terme sense catalitzador.
2) Són catalitzadors específics de processos quimioselectius,
regioselectius i estereoselectius.
3) Actuen en condicions suaus de reacció tant de temperatura
com de pH.
4) Tenen una àmplia tolerància de substrats i de processos
que poden catalitzar.
18
Química verda: l’ús de lipases per a la producció de compostos
d’interès industrial
Vicente Gotor-Fernández
Universitat d’Oviedo. Institut Universitari de Biotecnologia d’Astúries. Departament de Química Orgànica i Inorgànica.
33006 Oviedo (Spain). A/e: vicgotfer@uniovi.es
É
Una de les tendències en el camp de la química sostenible, la green chemistry, és la d’emprar biocatalitzadors en comptes de
metalls pesants en la catàlisi de diferents reaccions químiques. En aquest treball es descriuen les propietats de les lipases com
a biocatalitzadors, les seves propietats i limitacions, així com estratègies per superar-les.
One of the main trends in the green chemistry field is to use biocatalysts instead of organometalic catalysts in order to
 catalyse  different chemical reactions. In this work, lipases are described as ideal biocatalysts and their properties, limitations
and strategies to overcome them are reviewed.
Revista de la Societat Catalana de Química · 9 / 2010 · p. 18-22 DOI: 10.2436/20.2003.01.14
RCQ-9DOI_01-78 Revista Quimica 8.qxp  09/12/10  12:44  Página 18
5) Són biodegradables, per la qual cosa presenten una baixa
toxicitat per al medi ambient.
6) Són en molts casos reciclables, especialment si es fan servir
enzims immobilitzats en dissolvents orgànics.
Si bé la seva funció natural és la de catalitzar la digestió hi-
drolítica dels lípids, el seu ús en síntesi orgànica està plena-
ment estès des que, l’any 1985, Zaks i Klibanov van demostrar
la seva activitat en dissolvents orgànics. Aquest fet ha permès
obtenir excel·lents selectivitats en diferents processos enzi-
màtics, però les lipases més utilitzades són la de Candida an-
tartica tipus B (CAL-B) i la de Pseudomonas cepacia (PSL),
principalment a causa del fet que accepten una gran varietat
de substrats diferents a l’aigua, com alcohols, amines o tiols, a
més de la seva disponibilitat comercial a baix cost i la seva
elevada activitat tant en dissolvents orgànics com aquosos.
Les reaccions més importants catalitzades per lipases en dis-
solvents orgànics es basen en la formació inicial d’un complex
acil-enzim a partir del biocatalitzador i un grup èster (figura 1).
D’aquesta manera s’inicia la catàlisi, que destaca sobre el
conjunt de les reaccions, les de transesterificació per reacció
amb un alcohol. L’any 1988 van ser descobertes les reaccions
d’amonòlisi, que permeten la modificació o la resolució enzi-
màtica d’amides i d’èsters; posteriorment, l’any 1993, es va
desenvolupar dins el grup de recerca de bioorgànica de la
Universitat d’Oviedo el primer exemple d’una reacció d’amo-
nòlisi enzimàtica catalitzada per lipases emprant com a nu-
cleòfil l’amoníac. Menys conegudes, però no per això menys
importants, són les reaccions amb hidrazines i peròxids.
A més, avui dia, el descobriment de noves activitats enzimàti-
ques d’aquests biocatalitzadors ha donat lloc al concepte de
promiscuïtat catalítica d’un enzim, basat en l’habilitat que té
el centre actiu d’aquest biocatalitzador per dur a terme més
d’una transformació química; els exemples de reaccions aldò-
liques o d’addició tipus Michael, per exemple, són molt re-
cents.
Podem agrupar les biotransformacions estereoselectives cata-
litzades per les lipases en tres grans grups:
1) Resolucions cinètiques basades en la transformació d’un
dels enantiòmers de la barreja racèmica en un nou compost,
de manera que és possible separar fàcilment els dos enantiò-
mers que componen la barreja racèmica. Això comporta una
limitació pràctica, i és que quan tan sols es necessita pur
 enantiomèricament un dels dos enantiòmers, la meitat del
material de partida es perd, o el que és el mateix, solament es
pot arribar a conversions de com a màxim el 50 %.
2) Per superar aquesta limitació, existeixen estratègies que
permeten transformar completament els dos enantiòmers de
la barreja en un únic estereoisòmer, la qual cosa permet obte-
nir idealment un rendiment del 100 %. El més comunament
acceptat són les resolucions cinètiques dinàmiques on actuen
conjuntament amb la lipasa, un complex organometàl·lic, ge-
neralment de ruteni o de pal·ladi, que permet la racemització
de l’enantiòmer, que reacciona més lent en el procés enzimàtic.
3) Finalment, existeix una altra alternativa: les desimetritza-
cions enzimàtiques enantioselectives, que permeten aconse-
guir en aquesta mena de processos rendiments del 100 % i
que són aplicables a compostos proquirals o a formes meso.
Tant les resolucions cinètiques de barreges racèmiques com
les resolucions dinàmiques, així com els processos de desime-
trització enantioselectius, s’han aplicat amb èxit a reaccions
de transesterificació i a hidròlisis, la qual cosa ha permès la
preparació d’un gran número de compostos oxigenats quirals.
No obstant això, encara que s’hagin resolt i que es realitzin,
amb una major o menor eficàcia, síntesis d’amines enantio-
mèricament pures mitjançant processos de resolució cinètica,
els exemples existents de resolucions cinètiques dinàmiques i
19
FIGURA 1.  Reaccions típiques catalitzades per lipases.
RCQ-9DOI_01-78 Revista Quimica 8.qxp  09/12/10  12:44  Página 19
de desimetrització enzimàtica enantioselectiva en la prepara-
ció de compostos quirals nitrogenats són escassos.
Analitzant els processos de transesterificació o d’amonòlisi
enzimàtica (que, tal com ja s’ha mencionat, són els més em-
prats en l’actualitat per part del químic orgànic), cal destacar
que, per tal que els processos de resolució enzimàtica d’alco-
hols i d’amines es realitzin amb èxit, és necessari que aques-
tes reaccions siguin irreversibles, per la qual cosa és fonamen-
tal l’elecció d’un bon donador d’acil. Així, per exemple, en el
cas dels alcohols, s’acostumen a utilitzar èsters de vinil, per-
què en reaccionar desprenen acetaldehid, que fa irreversible
el procés. En el cas de les amines i a causa del seu poder nu-
cleòfil, no és necessari emprar èsters activats i per això els ès-
ters d’alquil, com l’acetat d’etil o el metoxiacetat d’etil, són
els més emprats, i s’utilitzen generalment carbonats com el
carbonat de dial·lil per a les resolucions d’amines secundàries.
El grau d’eficàcia d’un procés de resolució enzimàtic ve donat
per un paràmetre adimensional com és l’enantioselectivitat,
una relació en la qual un enantiòmer reacciona més ràpid que
l’altre, el qual ve donat per la mesura de tres variables: els ex-
cessos enantiomèrics de substrat i de producte i la conversió
de la reacció, paràmetres d’una biotransformació que poden
ser calculats mitjançant tècniques com la ressonància mag-
nètica nuclear, la cromatografia de gasos o la cromatografia
líquida d’alta eficàcia. La selectivitat d’una lipasa és conse-
qüència de la distribució dels aminoàcids al voltant del centre
actiu de l’enzima i és possible predir la selectivitat fent ús de
la denominada regla empírica de Kazlauskas, la qual es basa
en un model en el qual s’assumeix que el centre actiu de la li-
pasa consta de dos forats: un de dimensió mitjana on se si-
tuarà el substituent menys voluminós i un altre de dimensió
gran on se situarà el substituent de més gran volum. Assumint
que el substituent més voluminós té prioritat sobre el mitjà a
l’hora d’assignar l’estereoquímica, reaccionarà preferentment
l’enantiòmer de configuració R tant en les reaccions de trans -
esterificació com en les d’hidròlisi. Aquesta s’ha aplicat amb
èxit a un gran nombre de lipases i la seva aplicació és molt es-
tesa en el camp de la biocatàlisi.
Cal destacar l’avantatge que presenten les lipases en poder
actuar estereoselectivament sobre una barreja racèmica; això
representa una interessant alternativa per al sector farmacèu-
tic, on, tal com és ben conegut, són molt diferents i fins i tot
en alguns casos contraposades les propietats dels enantiò-
mers d’un fàrmac (talidomida, cloramfenicol, propanolol, ve-
rapamil, etambutol, etc.). En aquest context hem realitzat re-
centment la síntesi estereoselectiva de compostos
farmacèutics òpticament actius, com la Dapoxetina i la Rivas-
tigmina.
La Rivastigmina és un medicament utilitzat en el tractament
de la demència en persones amb la malaltia d’Alzheimer (un
trastorn cerebral que lentament destrueix la memòria, la ca-
pacitat per pensar, aprendre, comunicar-se i realitzar les acti-
vitats diàries); l’activitat d’aquesta droga resideix en l’enan-
tiòmer de configuració S. Una estratègia retrosintètica
senzilla ens permet observar, després de diferents desconne-
xions, que la 3-metoxi-acetofenona és un substrat de partida
ideal per a la preparació d’aquest compost, pel fet de ser co-
mercial a baix cost econòmic i de no necessitar de moltes eta-
pes químiques per aconseguir el producte final. Per això es va
realitzar la preparació de precursors racèmics adequats com el
3-metoxi-feniletanol o la 3-metoxi-feniletanamina, els quals
poden ser subjectes a reaccions de resolució enzimàtica cata-
litzades per lipases en dissolvents orgànics [1].
Les reaccions de resolució cinètica enzimàtica es van realitzar
emprant un èster activat com l’acetat de vinil, el tert-butil-
metil èter (TBME) com a dissolvent i a 30º C en un agitador
orbital variant el biocatalitzador emprat i la proporció del ma-
20
FIGURA 2.  Síntesi quimioenzimàtica de la (S)-Rivastigmina.
RCQ-9DOI_01-78 Revista Quimica 8.qxp  09/12/10  12:44  Página 20
teix respecte al producte de partida. Tant la CAL-B com la PSL
van catalitzar amb una gran eficiència l’acetilació estereose-
lectiva de l’isòmer R i es va obtenir, en el cas de la CAL-B,
 després de quatre hores, tant l’alcohol com el producte purs
enantiomèricament i amb uns excel·lents rendiments aïllant-los
per cromatografia de columna amb gel de sílice. Una vegada
obtingut satisfactòriament el (R)-acetat, es va decidir estu-
diar aspectes relacionats amb els costos del procés, com ara el
reciclatge i la reutilització de l’enzim, i es van observar valors
d’activitats molt similars després de com a mínim cinc cicles
de reacció.
Mitjançant una aproximació similar però una mica més com-
plexa, vàrem decidir estudiar la preparació de la Dapoxetina
òpticament enriquida [2]. Aquest fàrmac s’utilitza actualment
en el tractament de malalties tan diferents com l’ansietat, la
bulímia, l’anorèxia i l’ejaculació precoç, en tant que l’isòmer S
és molt més actiu que el R. En aquest cas, l’estratègia retro-
sintètica que ens vàrem plantejar consistia a partir d’un 
g-aminoalcohol que podria ser obtingut a partir de benzalde-
hid. Aquest aminoalcohol presenta un doble avantatge, que és
que es pot resoldre bé pel grup amino- a través d’una reacció
d’amonòlisi o bé pel grup alcohol mitjançant un procés de
trans esterificació.
Per tal d’aconseguir un bon rendiment en aquest procés, es va
utilitzar un precursor en el qual s’ha protegit químicament el
grup alcohol amb el clorur de tert-butildimetilsilil i s’ha
 realitzat la resolució enzimàtica a través del grup amino-;
 d’aquesta manera, s’ha aconseguit evitar la possible migració
del grup acilo- entre les restes amino- i alcohol. Els millors
 resultats es van obtenir emprant la CAL-A com a biocatalitza-
21
FIGURA 3.   Preparació de la (S)-Dapoxetina mitjançant metodologies quimioenzimàtiques.
FIGURA 4. Síntesi de líquids enantiomèricament purs derivats de l’imidazol.
RCQ-9DOI_01-78 Revista Quimica 8.qxp  09/12/10  12:44  Página 21
dor, el TBME com a dissolvent i cinc equivalents de metoxia-
cetat d’etil a 30º C i 250 rpm. Després de vint-i-set hores, és
possible d’obtenir l’amida de configuració S amb un 93 %
d’excés enantiomèric, precursor adequat per a la formació de
la (S)-Dapoxetina.
Finalment, creiem que una aportació d’interès en el camp de
la biocatàlisi per part del nostre grup ha estat la preparació de
líquids iònics quirals [3, 4], els quals són una alternativa als
dissolvents orgànics convencionals fonamentalment per mo-
tius econòmics i ecològics; a més, la presència d’un grup imi-
dazol a la molècula els proporciona unes interessants propie-
tats en organocatàlisi.
S’ha realitzat la seva síntesi química i la resolució enzimàtica
utilitzant acetat de vinil com a agent acilant i THF o tert-bu-
tilmetil èter (TBME) com a dissolvent; amb l’objectiu de trobar
les millors condicions de reacció, s’han variat diferents parà-
metres, com ara el tipus de biocatalitzador i la temperatura.
Tant la CAL-B com la PSL varen catalitzar d’una manera com-
pletament enantioselectiva la reacció de transesterificació de
l’alcohol, però la cinètica més ràpida va ser per a la PSL.
Una vegada realitzada la resolució enzimàtica dels derivats de
l’imidazol, es va fer la síntesi de diferents líquids iònics enan-
tiomèricament purs utilitzant diferents halogenurs d’alquil i
d’aril. A més de les propietats físiques dels líquids iònics, es
poden també modular modificant tant el seu catió com (i més
especialment) el seu anió; així, d’aquesta manera, es va realit-
zar la reacció de metàtesi que permet intercanviar els haloge-
nurs per anions hexafluorofosfat o tetrafluoroborats aïllant-
los amb uns excel·lents rendiments després de senzills
processos de rentat.
Com a conclusió final, podem afirmar que la biocatàlisi és una
metodologia important en el camp de la química sostenible.
Així, emprant lipases com a biocatalitzadors, és possible acon-
seguir processos molt menys contaminants, obtenir productes
sense la barreja d’altres productes nocius, realitzar la reacció en
condicions suaus de pressió i temperatura, es pot recuperar el
biocatalitzador i reciclar-lo per a un nou procés i es poden ob-
tenir altres avantatges. No obstant això, l’activitat, l’estabilitat
o, sobretot, l’enantioselectivitat que mostren les lipases no són
sempre satisfactòries, raó per la qual aquestes propietats s’han
optimitzat tradicionalment ajustant la temperatura i/o el pH
del medi, utilitzant additius, mitjançant l’ús de líquids iònics en
comptes de dissolvents convencionals o bé emprant molts di-
versos suports polimèrics per a la immobilització de l’enzim. En
els últims anys, s’han desenvolupat diferents tècniques per a la
modificació de les estructures enzimàtiques amb l’objectiu de
dissenyar nous biocatalitzadors amb millors propietats.
Referències bibliogràfiques
[1] MANGAS-SÁNCHEZ, J.; RODRÍGUEZ-MATA, M.; BUSTO, E.; FERNAN-
DEZ, V.; GOTOR, V. J. Org. Chem., 74 (2009): 5304-5310.
[2] Sería la referencia previamente numerada con el número
1: Tetrahedron: Asymmetry,17 (2006): 860-866.
[3] Sería la referencia previamente numerada con el número
2: Tetrahedron Lett., 48 (2007): 5251-5254.
[4] RÍOS-LOMBARDÍA, N.; BUSTO, E.; GOTOR-FERNÁNDEZ, V.; GOTOR, V.;
PORCAR, R.; GARCÍA-VERDUGO, E.; LUIS, S. V.; ALFONSO, I.; GARCÑIA-
GRANDA, S.; MENÉNDEZ-VELÁZQUEZ, A.; Chem. Eur. J., 16 (2010):
836-847.
22
RCQ-9DOI_01-78 Revista Quimica 8.qxp  09/12/10  12:44  Página 22


Química verda: l'ús de lipases per a la producció de compostos d'interès industrial

Hemeroteca Cientifica Catalana

s indubtable que la química té molts de-tractors, però per molt que se la intenti menysprear, podem afirmar, sense cap dubte, que la vida moderna i qualsevol delsaspectes que la caracteritzen serien impos-sibles sense els coneixements que propor-ciona la química com a ciència i l’aplicacióque d’ells fa la indústria per a la preparació de productes bà-sics per poder tenir una qualitat de vida que es corresponguiamb les necessitats de cada època. Al principi dels anys no-ranta, l’Agència de Protecció del Medi Ambient dels EstatsUnits (EPA), conscient de l’augment continu de nous proces-sos químics, va començar a elaborar unes directrius sobre laproducció química amb unes metodologies més netes, amb laqual cosa va néixer un nou camp, la green chemistry, que pos-teriorment ha anat evolucionant cap a allò que els països del’Europa continental hem definit com a química sostenible.En els últims anys es va observant la preocupació de les nacionsper evitar la generació de contaminació i de residus utilitzantalternatives netes per a la preparació de productes necessarisper millorar la nostra qualitat de vida. Actualment, una defini-ció acceptada de química sostenible és l’orientació de la quími-ca, com a conjunt de coneixements teòrics i aplicats, que técom a objectiu específic la prevenció de la contaminació am-biental i dels riscos causats per les substàncies químiques, mitjançant la introducció o la potenciació de processos nets isegurs de producció i de productes químics menys tòxics i con-taminants, sense menysprear la seva aportació al benestar i alprogrés tecnològic. Els objectius que s’intenten aconseguir através d’aquestes alternatives són la reducció de la generació ide l’ús de substàncies contaminants en el procés químic; noutilitzar, quan sigui possible, substàncies perilloses en el procésquímic; obtenir productes finals sense restes de substàncies no-cives, i un factor d’una gran importància: la reducció de la uti-lització de matèries primeres no renovables.Per això algunes de les línies de recerca en síntesi orgànicamés actuals persegueixen la utilització de: a) noves tipologiesde dissolvents, com líquids iònics o fluids, en condicions su-percrítiques en comptes dels dissolvents orgànics convencio-nals; b) biocatalitzadors en lloc de metalls pesants; c) condi-cions de reacció més suaus de pressió i temperatura; d) elreciclatge del catalitzador, i e) l’ús de noves alternatives coml’electroquímica, les microones, la sonicació o d’altres. Aques-tes millores aporten el desenvolupament de nous processosquímics de baix risc ambiental que consumeixen poca energiai que disminueixen els residus.Les biotransformacions són aquells processos en els quals s’utilit-zen enzims aïllats o microorganismes com a catalitzadors perconvertir un substrat en producte. Aquests biocatalitzadors s’hanagrupat tradicionalment en sis diferents grups depenent de lesreaccions que són capaços de catalitzar: oxidoreductases, hidro-lases, liases, transferases, isomerases i lligases, d’entre els qualssón les oxidoreductases i les hidrolases, especialment lipases, lesque presenten una major versatilitat per a la producció industriald’interessants precursors o compostos d’alt valor afegit.Les lipases, que formen part del grup de les hidrolases, són elsenzims més utilitzats pel químic orgànic per preparar produc-tes d’alt valor afegit. Aquests biocatalitzadors són molt versà-tils perquè:1) Són proteïnes amb una gran activitat catalítica, que aug-menten en diversos ordres les velocitats de reaccions de pro-cessos duts a terme sense catalitzador.2) Són catalitzadors específics de processos quimioselectius,regioselectius i estereoselectius.3) Actuen en condicions suaus de reacció tant de temperaturacom de pH.4) Tenen una àmplia tolerància de substrats i de processosque poden catalitzar.18Química verda: l’ús de lipases per a la producció de compostosd’interès industrialVicente Gotor-FernándezUniversitat d’Oviedo. Institut Universitari de Biotecnologia d’Astúries. Departament de Química Orgànica i Inorgànica.33006 Oviedo (Spain). A/e: vicgotfer@uniovi.esÉUna de les tendències en el camp de la química sostenible, la green chemistry, és la d’emprar biocatalitzadors en comptes demetalls pesants en la catàlisi de diferents reaccions químiques. En aquest treball es descriuen les propietats de les lipases coma biocatalitzadors, les seves propietats i limitacions, així com estratègies per superar-les.One of the main trends in the green chemistry field is to use biocatalysts instead of organometalic catalysts in order to catalyse  different chemical reactions. In this work, lipases are described as ideal biocatalysts and their properties, limitationsand strategies to overcome them are reviewed.Revista de la Societat Catalana de Química · 9 / 2010 · p. 18-22 DOI: 10.2436/20.2003.01.14RCQ-9DOI_01-78 Revista Quimica 8.qxp  09/12/10  12:44  Página 185) Són biodegradables, per la qual cosa presenten una baixatoxicitat per al medi ambient.6) Són en molts casos reciclables, especialment si es fan servirenzims immobilitzats en dissolvents orgànics.Si bé la seva funció natural és la de catalitzar la digestió hi-drolítica dels lípids, el seu ús en síntesi orgànica està plena-ment estès des que, l’any 1985, Zaks i Klibanov van demostrarla seva activitat en dissolvents orgànics. Aquest fet ha permèsobtenir excel·lents selectivitats en diferents processos enzi-màtics, però les lipases més utilitzades són la de Candida an-tartica tipus B (CAL-B) i la de Pseudomonas cepacia (PSL),principalment a causa del fet que accepten una gran varietatde substrats diferents a l’aigua, com alcohols, amines o tiols, amés de la seva disponibilitat comercial a baix cost i la sevaelevada activitat tant en dissolvents orgànics com aquosos.Les reaccions més importants catalitzades per lipases en dis-solvents orgànics es basen en la formació inicial d’un complexacil-enzim a partir del biocatalitzador i un grup èster (figura 1).D’aquesta manera s’inicia la catàlisi, que destaca sobre elconjunt de les reaccions, les de transesterificació per reaccióamb un alcohol. L’any 1988 van ser descobertes les reaccionsd’amonòlisi, que permeten la modificació o la resolució enzi-màtica d’amides i d’èsters; posteriorment, l’any 1993, es vadesenvolupar dins el grup de recerca de bioorgànica de laUniversitat d’Oviedo el primer exemple d’una reacció d’amo-nòlisi enzimàtica catalitzada per lipases emprant com a nu-cleòfil l’amoníac. Menys conegudes, però no per això menysimportants, són les reaccions amb hidrazines i peròxids.A més, avui dia, el descobriment de noves activitats enzimàti-ques d’aquests biocatalitzadors ha donat lloc al concepte depromiscuïtat catalítica d’un enzim, basat en l’habilitat que téel centre actiu d’aquest biocatalitzador per dur a terme mésd’una transformació química; els exemples de reaccions aldò-liques o d’addició tipus Michael, per exemple, són molt re-cents.Podem agrupar les biotransformacions estereoselectives cata-litzades per les lipases en tres grans grups:1) Resolucions cinètiques basades en la transformació d’undels enantiòmers de la barreja racèmica en un nou compost,de manera que és possible separar fàcilment els dos enantiò-mers que componen la barreja racèmica. Això comporta unalimitació pràctica, i és que quan tan sols es necessita pur enantiomèricament un dels dos enantiòmers, la meitat delmaterial de partida es perd, o el que és el mateix, solament espot arribar a conversions de com a màxim el 50 %.2) Per superar aquesta limitació, existeixen estratègies quepermeten transformar completament els dos enantiòmers dela barreja en un únic estereoisòmer, la qual cosa permet obte-nir idealment un rendiment del 100 %. El més comunamentacceptat són les resolucions cinètiques dinàmiques on actuenconjuntament amb la lipasa, un complex organometàl·lic, ge-neralment de ruteni o de pal·ladi, que permet la racemitzacióde l’enantiòmer, que reacciona més lent en el procés enzimàtic.3) Finalment, existeix una altra alternativa: les desimetritza-cions enzimàtiques enantioselectives, que permeten aconse-guir en aquesta mena de processos rendiments del 100 % ique són aplicables a compostos proquirals o a formes meso.Tant les resolucions cinètiques de barreges racèmiques comles resolucions dinàmiques, així com els processos de desime-trització enantioselectius, s’han aplicat amb èxit a reaccionsde transesterificació i a hidròlisis, la qual cosa ha permès lapreparació d’un gran número de compostos oxigenats quirals.No obstant això, encara que s’hagin resolt i que es realitzin,amb una major o menor eficàcia, síntesis d’amines enantio-mèricament pures mitjançant processos de resolució cinètica,els exemples existents de resolucions cinètiques dinàmiques i19FIGURA 1.  Reaccions típiques catalitzades per lipases.RCQ-9DOI_01-78 Revista Quimica 8.qxp  09/12/10  12:44  Página 19de desimetrització enzimàtica enantioselectiva en la prepara-ció de compostos quirals nitrogenats són escassos.Analitzant els processos de transesterificació o d’amonòlisienzimàtica (que, tal com ja s’ha mencionat, són els més em-prats en l’actualitat per part del químic orgànic), cal destacarque, per tal que els processos de resolució enzimàtica d’alco-hols i d’amines es realitzin amb èxit, és necessari que aques-tes reaccions siguin irreversibles, per la qual cosa és fonamen-tal l’elecció d’un bon donador d’acil. Així, per exemple, en elcas dels alcohols, s’acostumen a utilitzar èsters de vinil, per-què en reaccionar desprenen acetaldehid, que fa irreversibleel procés. En el cas de les amines i a causa del seu poder nu-cleòfil, no és necessari emprar èsters activats i per això els ès-ters d’alquil, com l’acetat d’etil o el metoxiacetat d’etil, sónels més emprats, i s’utilitzen generalment carbonats com elcarbonat de dial·lil per a les resolucions d’amines secundàries.El grau d’eficàcia d’un procés de resolució enzimàtic ve donatper un paràmetre adimensional com és l’enantioselectivitat,una relació en la qual un enantiòmer reacciona més ràpid quel’altre, el qual ve donat per la mesura de tres variables: els ex-cessos enantiomèrics de substrat i de producte i la conversióde la reacció, paràmetres d’una biotransformació que podenser calculats mitjançant tècniques com la ressonància mag-nètica nuclear, la cromatografia de gasos o la cromatografialíquida d’alta eficàcia. La selectivitat d’una lipasa és conse-qüència de la distribució dels aminoàcids al voltant del centreactiu de l’enzima i és possible predir la selectivitat fent ús dela denominada regla empírica de Kazlauskas, la qual es basaen un model en el qual s’assumeix que el centre actiu de la li-pasa consta de dos forats: un de dimensió mitjana on se si-tuarà el substituent menys voluminós i un altre de dimensiógran on se situarà el substituent de més gran volum. Assumintque el substituent més voluminós té prioritat sobre el mitjà al’hora d’assignar l’estereoquímica, reaccionarà preferentmentl’enantiòmer de configuració R tant en les reaccions de trans -esterificació com en les d’hidròlisi. Aquesta s’ha aplicat ambèxit a un gran nombre de lipases i la seva aplicació és molt es-tesa en el camp de la biocatàlisi.Cal destacar l’avantatge que presenten les lipases en poderactuar estereoselectivament sobre una barreja racèmica; aixòrepresenta una interessant alternativa per al sector farmacèu-tic, on, tal com és ben conegut, són molt diferents i fins i toten alguns casos contraposades les propietats dels enantiò-mers d’un fàrmac (talidomida, cloramfenicol, propanolol, ve-rapamil, etambutol, etc.). En aquest context hem realitzat re-centment la síntesi estereoselectiva de compostosfarmacèutics òpticament actius, com la Dapoxetina i la Rivas-tigmina.La Rivastigmina és un medicament utilitzat en el tractamentde la demència en persones amb la malaltia d’Alzheimer (untrastorn cerebral que lentament destrueix la memòria, la ca-pacitat per pensar, aprendre, comunicar-se i realitzar les acti-vitats diàries); l’activitat d’aquesta droga resideix en l’enan-tiòmer de configuració S. Una estratègia retrosintèticasenzilla ens permet observar, després de diferents desconne-xions, que la 3-metoxi-acetofenona és un substrat de partidaideal per a la preparació d’aquest compost, pel fet de ser co-mercial a baix cost econòmic i de no necessitar de moltes eta-pes químiques per aconseguir el producte final. Per això es varealitzar la preparació de precursors racèmics adequats com el3-metoxi-feniletanol o la 3-metoxi-feniletanamina, els qualspoden ser subjectes a reaccions de resolució enzimàtica cata-litzades per lipases en dissolvents orgànics [1].Les reaccions de resolució cinètica enzimàtica es van realitzaremprant un èster activat com l’acetat de vinil, el tert-butil-metil èter (TBME) com a dissolvent i a 30º C en un agitadororbital variant el biocatalitzador emprat i la proporció del ma-20FIGURA 2.  Síntesi quimioenzimàtica de la (S)-Rivastigmina.RCQ-9DOI_01-78 Revista Quimica 8.qxp  09/12/10  12:44  Página 20teix respecte al producte de partida. Tant la CAL-B com la PSLvan catalitzar amb una gran eficiència l’acetilació estereose-lectiva de l’isòmer R i es va obtenir, en el cas de la CAL-B, després de quatre hores, tant l’alcohol com el producte pursenantiomèricament i amb uns excel·lents rendiments aïllant-losper cromatografia de columna amb gel de sílice. Una vegadaobtingut satisfactòriament el (R)-acetat, es va decidir estu-diar aspectes relacionats amb els costos del procés, com ara elreciclatge i la reutilització de l’enzim, i es van observar valorsd’activitats molt similars després de com a mínim cinc ciclesde reacció.Mitjançant una aproximació similar però una mica més com-plexa, vàrem decidir estudiar la preparació de la Dapoxetinaòpticament enriquida [2]. Aquest fàrmac s’utilitza actualmenten el tractament de malalties tan diferents com l’ansietat, labulímia, l’anorèxia i l’ejaculació precoç, en tant que l’isòmer Sés molt més actiu que el R. En aquest cas, l’estratègia retro-sintètica que ens vàrem plantejar consistia a partir d’un g-aminoalcohol que podria ser obtingut a partir de benzalde-hid. Aquest aminoalcohol presenta un doble avantatge, que ésque es pot resoldre bé pel grup amino- a través d’una reacciód’amonòlisi o bé pel grup alcohol mitjançant un procés detrans esterificació.Per tal d’aconseguir un bon rendiment en aquest procés, es vautilitzar un precursor en el qual s’ha protegit químicament elgrup alcohol amb el clorur de tert-butildimetilsilil i s’ha realitzat la resolució enzimàtica a través del grup amino-; d’aquesta manera, s’ha aconseguit evitar la possible migraciódel grup acilo- entre les restes amino- i alcohol. Els millors resultats es van obtenir emprant la CAL-A com a biocatalitza-21FIGURA 3.   Preparació de la (S)-Dapoxetina mitjançant metodologies quimioenzimàtiques.FIGURA 4. Síntesi de líquids enantiomèricament purs derivats de l’imidazol.RCQ-9DOI_01-78 Revista Quimica 8.qxp  09/12/10  12:44  Página 21dor, el TBME com a dissolvent i cinc equivalents de metoxia-cetat d’etil a 30º C i 250 rpm. Després de vint-i-set hores, éspossible d’obtenir l’amida de configuració S amb un 93 %d’excés enantiomèric, precursor adequat per a la formació dela (S)-Dapoxetina.Finalment, creiem que una aportació d’interès en el camp dela biocatàlisi per part del nostre grup ha estat la preparació delíquids iònics quirals [3, 4], els quals són una alternativa alsdissolvents orgànics convencionals fonamentalment per mo-tius econòmics i ecològics; a més, la presència d’un grup imi-dazol a la molècula els proporciona unes interessants propie-tats en organocatàlisi.S’ha realitzat la seva síntesi química i la resolució enzimàticautilitzant acetat de vinil com a agent acilant i THF o tert-bu-tilmetil èter (TBME) com a dissolvent; amb l’objectiu de trobarles millors condicions de reacció, s’han variat diferents parà-metres, com ara el tipus de biocatalitzador i la temperatura.Tant la CAL-B com la PSL varen catalitzar d’una manera com-pletament enantioselectiva la reacció de transesterificació del’alcohol, però la cinètica més ràpida va ser per a la PSL.Una vegada realitzada la resolució enzimàtica dels derivats del’imidazol, es va fer la síntesi de diferents líquids iònics enan-tiomèricament purs utilitzant diferents halogenurs d’alquil id’aril. A més de les propietats físiques dels líquids iònics, espoden també modular modificant tant el seu catió com (i mésespecialment) el seu anió; així, d’aquesta manera, es va realit-zar la reacció de metàtesi que permet intercanviar els haloge-nurs per anions hexafluorofosfat o tetrafluoroborats aïllant-los amb uns excel·lents rendiments després de senzillsprocessos de rentat.Com a conclusió final, podem afirmar que la biocatàlisi és unametodologia important en el camp de la química sostenible.Així, emprant lipases com a biocatalitzadors, és possible acon-seguir processos molt menys contaminants, obtenir productessense la barreja d’altres productes nocius, realitzar la reacció encondicions suaus de pressió i temperatura, es pot recuperar elbiocatalitzador i reciclar-lo per a un nou procés i es poden ob-tenir altres avantatges. No obstant això, l’activitat, l’estabilitato, sobretot, l’enantioselectivitat que mostren les lipases no sónsempre satisfactòries, raó per la qual aquestes propietats s’hanoptimitzat tradicionalment ajustant la temperatura i/o el pHdel medi, utilitzant additius, mitjançant l’ús de líquids iònics encomptes de dissolvents convencionals o bé emprant molts di-versos suports polimèrics per a la immobilització de l’enzim. Enels últims anys, s’han desenvolupat diferents tècniques per a lamodificació de les estructures enzimàtiques amb l’objectiu dedissenyar nous biocatalitzadors amb millors propietats.Referències bibliogràfiques[1] MANGAS-SÁNCHEZ, J.; RODRÍGUEZ-MATA, M.; BUSTO, E.; FERNAN-DEZ, V.; GOTOR, V. J. Org. Chem., 74 (2009): 5304-5310.[2] Sería la referencia previamente numerada con el número1: Tetrahedron: Asymmetry,17 (2006): 860-866.[3] Sería la referencia previamente numerada con el número2: Tetrahedron Lett., 48 (2007): 5251-5254.[4] RÍOS-LOMBARDÍA, N.; BUSTO, E.; GOTOR-FERNÁNDEZ, V.; GOTOR, V.;PORCAR, R.; GARCÍA-VERDUGO, E.; LUIS, S. V.; ALFONSO, I.; GARCÑIA-GRANDA, S.; MENÉNDEZ-VELÁZQUEZ, A.; Chem. Eur. J., 16 (2010):836-847.22RCQ-9DOI_01-78 Revista Quimica 8.qxp  09/12/10  12:44  Página 22

Química verda: l'ús de lipases per a la producció de compostos d'interès industrial

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Revistes Catalanes amb Accés Obert

Hemeroteca Cientifica Catalana