La Alelopatía es: “la ciencia que estudia procesos que implican metabolitos secundarios producidos por plantas, algas, bacterias y hongos que influyen en el crecimiento y desarrollo de sistemas cultivados y biológicos” y en el que, por tanto, se incluye cualquier interacción de las plantas con su medio ambiente.
En los últimos años, se viene desarrollando la búsqueda de nuevos herbicidas basados en metabolitos secundarios producidos por plantas que sean respetuosos con el medio ambiente, de buena degradabilidad, atóxicos para el ser humano, y que presenten la mejor respuesta posible ante los actuales, y cada vez más frecuentes, fenómenos de resistencia.
Los productos naturales de origen vegetal se presentan como una fuente atractiva de sustancias agroquímicas, no sólo por su diversidad estructural, sino por su acción biológica específica y su carácter inocuo “a priori” para el medio ambiente. Dentro de estos productos naturales vegetales de elevada actividad, se destacan los ácidos benzohidroxámicos (metabolitos secundarios con esqueletos de (2H)-1,4-benzoxacin-3(4H)-ona), que además, se trata de uno de los grupos de aleloquímicos mayormente estudiados. Entre los de mayor interés, se encuentra el D-DIBOA (4-hidroxi-(2H)-1,4-benzoxacin-3(4H)-ona), que presenta elevadas fitotoxicidad y estabilidad y muy buena degradabilidad en suelos de cultivo. Además, la producción de 6-Cl-D-DIBOA presenta alta actividad y 8-Cl-D-DIBOA alta selectividad frente a diferentes especies.
La síntesis de ácidos benzohidroxámicos (benzoxacinonas) tiene lugar en dos etapas. La primera de ellas consiste en una reacción de sustitución nucleofílica de los productos comerciales derivados del 2-nitrofenol con diferentes sustituyentes en el anillo bencénico. La segunda etapa se trata de una reacción de reducción del grupo nitro aromático.
Debido al riesgo de explosión que implica la segunda etapa de reacción, que se trata de una reacción de catálisis heterogénea exotérmica con desprendimiento de hidrógeno, se exploraron nuevas alternativas.
La segunda etapa, como se estudió en el Proyecto Colaborativo“P06-TEP-01399 (Producción Biotecnológica de Ácidos Benzohidroxámicos Bioactivos)”, también se puede llevar a cabo mediante una biotransformación con la utilización de E.coli.
El presente trabajo se enmarca dentro de un proyecto de excelencia concedido por la Junta de Andalucía en el año 2014, cuyo objetivo general es la producción biotecnológica de D-DIBOA mediante la mejora genética de Escherichia coli., así como la optimización global del proceso de biotransformación.
Tanto para la síntesis de D-DIBOA a escala de laboratorio, como para su producción biotecnológica mediante el uso de la bacteria E.coli, se requiere del precursor 2-(2’-nitrofenoxi)-acetato de metilo.
En la presente memoria, se estudian las condiciones óptimas de la reacción de síntesis de dicho precursor con el fin de determinar la forma de alcanzar el mayor rendimiento posible. Para ello, se realiza un diseño de experimentos, un posterior tratamiento estadístico de los datos recopilados y se obtiene un modelo matemático que es el que rige la reacción. Se analizan los cambios que provocan en el rendimiento de reacción los siguientes parámetros: concentración de reactivos, tiempo de reacción, temperatura, y atmósfera de reacción.Allelopathy is: “the science that studies processes where secondary metabolites produced by plants, algae, bacteria and fungi and that influences the growth and development of cultivated and biological systems” and where we therefore, include whatever interaction between plants and their environment.
During the last years, a search for new herbicides based on plants secondary metabolites, has been developed. These must be eco-friendly, must have a good degradability, and they also have to be non-toxic for human beings and effective against the increasingly resistance phenomena.
Natural products arise as an attractive source of agrochemical substances, not only because of their structural diversity, but because of their specific biological action and their “a priori” harmless nature towards their environment. We highlight benzohydroxamic acids (secondary metabolites with a (2H)-1,4-benzoxazin-3(4H)-one skeleton)as natural compounds that come from plants and have shown a high activity. They are also one of the larger studied allelochemicals’ group. Within the most interesting ones, we can find D-DIBOA (4-hydroxy-(2H)-1,4-benzoxazin-3-(4H)-one), which presents high phytotoxicity and stability, and also a very good degradability in soil. Also, 6-Cl-D-DIBOA has a high activity and 8-Cl-D-DIBOA has a high selectivity towards different species.
The chemical synthesis of benzohydroxamic acids (benzoxacinones) takes place within two steps. The first one consists of a nucleophilic substitution by using commercial derivatives of 2-nitrophenol products with different substituents in the benzenic ring. The second step consists of a reduction reaction of the aromatic nitro group.
Due to the explosion risk that the second step of the reaction implies (it’s an exothermic heterogeneous catalysis with hydrogen releasing), new alternatives were explored.
The second step can be done by the use of E.coli in a biotransformation, as it was concluded in the Collaborative Project “P06-TEP-01399 (Producción Biotecnológica de Ácidos Benzohidroxámicos Bioactivos)”.
The present work is part of an excellence project granted by “La Junta de Andalucía” during 2014, which general objective is, D-DIBOA biotechnological production by the means of genetically improving Escherichia Coli, as well as the global optimization of the biotransformation process.
Whether at a laboratory scale or for the biotransformation via E.coli to obtain D-DIBOA, the precursor Methyl 2-(2’-nitrophenoxy)acetate, is required.
In the present memory, we try to determine the optimal conditions of the precursor synthesis reaction in order to obtain the best efficiency possible. With this purpose we design an experimental work plan followed by a statistical treatment of the collected data. This way we are able to obtain the mathematical model that rules the reaction. We analyse the yield depending off the variation of the following parameters: reagent’s concentration, reaction time, temperature and reaction’s atmosphere
