Разработка ферментативного метода получения ( s)-ундекан-2-илацетата Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 579.66:547.268.14

А. Н. Шакиров (асп.), А. А. Шараева (асп.), Н. И. Петухова (к.биол.н., доц.), Р. Н. Шахмаев (к.х.н., в.н.с.), В. В. Зорин (д.х.н., проф., чл.-корр. АН РБ)

Разработка ферментативного метода получения (5")-ундекан-2-илацетата

Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра биохимии и технологии микробиологических производств 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 431935, e-mail: [email protected]

A. N. Shakirov, A. A. Sharaeva, N. I. Petukhova, R. N. Shahmaev, V. V. Zorin

Development of fermentative synthesis of (5")-undecan-2-ylacetate

Ufa State Petroleum Technical University 1, Kosmonavtov Str., 450062 Ufa, Russia; ph. (347) 431935, e-mail: [email protected]

Исследована возможность использования липазы Candida antarctica (Novozyme 435) в процессе парциального аминирования (Л,5)-унде-кан-2-илацетата циклогексиламином с целью получения (Б)-ундекан-2-илацетата — компонента феромона галлицы Resseliella theobaldi — опасного вредителя малины. Установлено, что аминирование ^,5)-ундекан-2-илацетата цик-логексиламином в изооктане в присутствии фермента Novozyme 435 приводит к преимущественному образованию ^)-ундекан-2-ола. Процесс протекает с высокой энантиоселектив-ностью и позволяет получить остаточный (S)-ундекан-2-илацетат высокой энантиомерной чистоты (98.6% ее).

Ключевые слова: аминолиз; липазы; Novozyme 435; Resseliella theobaldi; феромоны.

The possibility of Candida antarctica lipase (Novozyme 435) use in the partial amination of (R,S)-udecan-2-ylacetate by cyclohexylamine to (S)-udecan-2-ylacetate — pheromone component of cane midge Resseliella theobaldi — the main pest of raspberries. It is found, that amination of (R,S)-udecan-2-ylacetate by cyclohexylamine in isooctane in presence of enzyme Novozyme 435 leads to (R)-undcane-2-ol. The process occurs with high enantioselectivity and allows to obtain (S)-udecan-2-ylacetate with high optical purity (98.6% ee).

Key words: pheromone; Novozyme 435; Resseliella theobaldi; lipases; aminolysis.

(5)-Ундекан-2-ол (S-1) и (5)-ундекан-2-илацетат (S-2) идентифицированы как компоненты полового феромона малиновой побего-вой галлицы Resseliella theobaldi (Barnes) — опасного вредителя ягодных культур 1-3. Известны методы синтеза спирта (S-1) и эфира (S-2), основанные на взаимодействии н-ок-тилмагнийбромида с (5)-пропиленоксидом и асимметрическом восстановлении 2-ундекано-

OH

на клеточными катализаторами 4. Недавно было показано, что перспективным подходом для получения (5)-энантиомера ундекан-2-ола является использование липаз микроорганизмов. В работе 5 парциальным ацилированием рацемического ундекан-2-ола винилбутиратом в присутствии липазы Candida аntarctica (CAL B) в пентане получен (5)-ундекан-2-ол с энантиомерной чистотой 98% ее.

O

OК

(5)-ундекан-2-ол

(5)-ундекан-2-илацетат

Дата поступления 12.04.13

O

x

X

H19C9 CH3

(R,S)-2

nh2

Novozyme 435

OH

O

Л

CH3 CH3

O' NH

O CH3

- Jk + X +

изооктан h с ch u ^r^u

H19C9 CH3 H19C9 CH3

(R)-1

Л

(S)-2

В настоящей работе с целью поиска новых подходов к получению ^)-ундекан-2-илацета-та исследован процесс ферментативного кинетического разделения рацемического ундекан-2-илацетата его парциальным аминолизом.

В качестве биокатализатора использовали липазу Candida antarctica (Novozyme 435), обладающую высокой специфичностью к R-энантиомеру ундекан-2-ола 5.

Установлено, что аминирование ^^)-ун-декан-2-илацетата циклогексиламином в изо-октане при температуре 35 0С в присутствии фермента Novozyme 435 (10 г/л) протекает с преимущественным образованием (R)-унде-кан-2-ола.

Исследование конверсии субстрата и энан-тиомерного состава остаточного ундекан-2-ила-цетата в течение 96 ч показало, что процесс протекает с высокой энантиоселективностью и позволяет получить остаточный ^)-ундекан-2-илацетат высокой энантиомерной чистоты (98.6% ее) с выходом (по данным ГЖХ) около 50% (рис. 1).

За ходом протекания реакции следили хроматографически по убыли субстрата и изменению его энантиомерного состава используя заведомо синтезированные образцы рацемических ундеканола-2 (1) и исходного эфира (2) с применением энантиоселективной колонки Beta DEXTM 110. В ходе реакции остаточный субстрат обогащался S-энантиомером, имеющим меньшее время удерживания, что характерно для S-энантиомеров при использовании фазы с циклодекстрином. Абсолютная конфигурация полученного эфира была подтверждена положительным значением угла оптического вращения 4.

Экспериментальная часть

ИК спектры записаны в тонком слое на ИК Фурье-спектрофотометре IRPrestige-21 SHIMADZU. Спектры ЯМР и 13C записаны в CDCL3 на приборе Bruker AM-300 (рабо-

чая частота 300 и 75.47 Мгц соответственно), внутренний стандарт — ТМС. Хроматографи-ческий и масс-спектральный анализ проводили на аппаратно-программном комплексе Хрома-тэк-Кристалл 5000 с масс-селективным детектором Finnigan DSQ (электронная ионизация при 70 эВ). Использовали капиллярную колонку Restek Rtx-5ms (5% дифенилполисилок-сан, 95% диметилполисилоксан, длина 30 м), температура испарителя 280 0C, температура ионизационной камеры 200 0C. Анализ проводили в режиме программирования температуры от 50 до 300 0C со скоростью 10 0С/мин, газ-носитель — гелий (1.1 мл/мин).

Текущие концентрации и энантиомерный состав субстрата и продукта аминирования ^^)-ундекан-2-илацетата в реакционной смеси определяли на хроматографе Хроматэк Кристалл с пламенно-ионизационным детектором на энантиоселективной колонке Beta DEXTM 110 (30m х 0.25mm х 0.25мт). Режим анализа: температура термостата колонки -100—220 0С (5 оС/мин), температура детектора — 220 оС, температура испарителя — 220 оС, скорость газа-носителя (азот) — 1.1 мл/мин.

(R, S)-Ундекан-2-ол (1). К реактиву Гриньяра, полученному из 7.1 г (0.05 моль) метилиодида и 1.22 г (0.05 моль) магниевой стружки в 50 мл абсолютного диэтилового эфира медленно, при интенсивном перемешивании и охлаждении (0.5 ч, 0 оС), добавляли раствор 7.81 г (0.05 моль) 1-деканаля в 20 мл абсолютного диэтилового эфира. Реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре 1 ч, охлаждали до 0 оС и осторожно приливали 30 мл воды. Органический слой отделяли, водный экстрагировали эфиром (3x30 мл). Объединенные органические слои сушили Na2SO4, упаривали, остаток перегоняли под вакуумом. Выход 7.09 г (82%), т. кип. 90-92 оС (4 мм рт. ст.). ИК спектр, v, см-1: 3341 ш (OH), 2957, 2922, 2853, 1468, 1375, 1138, 1117, 1061, 937, 721. Спектр ЯМР *H, 8, м. д.: 0.88 т (3H, C"H3), 1.17 д (3H, C*H3), 1.23-1.49 м (16H, 8CH2),

Рис. 1. Динамика превращения и энантиомерного состава ундекан-2-илацетата при его аминолизе циклогек-силамином (5 г/л) при 35 "С в изооктане в присутствии фермента Novozyme435 (10 г/л) (концентрация исходного субстрата — 3 г/л)

1.91 уш. с (1H, OH), 3.72-3.82 м (1H, CHOH). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 13.99 (C11), 22.59 (C10), 23.31 (C1), 25.71 (C4), 29.24 (CH2), 29.51 (CH2), 29.60 (2CH2), 31.82 (C9), 39.28 (С3), 67.98 (C2). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 97 (12), 83 (18), 70 (12), 69 (16), 57 (18), 56 (11), 55 (21), 45 (100), 43 (22), 41 (19).

(R, 8)-Ундекан-2-илацетат (2). К раствору 1.72 г (0.01 моль) спирта (1), 0.87 г (0.011 моль) безводного пиридина в 20 мл абсолютного диэтилового эфира при 10 оС медленно прибавляли 1.12 г (0.011 моль) ацетил-хлорида. Реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре 4 ч и добавляли 5 мл воды. Органический слой отделяли, последовательно промывали насыщенными растворами NaHCO3 и NaCl, сушили Na2SO4 и концентрировали. Остаток очищали методом колоночной хроматографии. Выход 1.82 г (85 %). ИК спектр, v, см-1: 2926, 2855, 1737 (C=O), 1466, 1371, 1244, 1125, 1022. Спектр ЯМР *H,

5, м.д.: 0.88 т (3H, CUH3), 1.20 д (3H, C*H3), 1.24-1.65 м (16H, 8CH2), 2.02 c (3H, CH3CO), 4.84-4.94 м (1H, CHO). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 13.99 (C11), 19.84 (C1), 21.21 (CH3C=O), 22.59 (C10), 25.32 (CH2), 29.21 (CH2), 29.39 (CH2), 29.45 (2CH2), 31.82 (C9), 35.87 (C3), 70.95 (C2), 170.62 (C=O). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 154 (11), 111 (13), 97 (18), 87 (44), 84 (14), 83 (20), 71 (10), 70 (25), 69 (24), 58 (11), 57 (19), 56 (23), 55 (25), 43 (100), 41 (21).

(8)-УнЪекан-2-илацетат. Суспензию 30 мг ( 0.14 ммоль) эфира (2), 50 мг (0.51 ммоль) циклогексиламина и 100 мг Novozyme 435 в 10 мл изооктана перемешивали при 35 0С в течение 96 ч. Novozyme 435 отделяли фильтрованием и раствор концентрировали. Остаток хроматографировали на колонке с SiO2 (гексан:диэтиловый эфир, 9:1). Выход 11.4 мг (38%), [a]25D + 8.02 (c 0.7, EtOH).

Литература

1 . Беляев А. А., Шпатова Т. В., Штерншис М. В. // Сельскохозяйственная биология.— 2010.— № 3.- С.112.

2. Sipos K., Penzes B. // International journal of horticultural science.- 2010.- V.16, №2.- P.43.

3. Hall D. R., Farman D. I., Cross J. V., Pope T. W., Ando T., Yamamoto M. / J. Chem. Ecol.-2009.-V.35.- P.230.

4. Nakamura K., Matsuda T.// J. Org. Chem.-1998.- V.63.- P.8957.

5 . Сунагатуллина А. Ш., Ишбаева А. У., Шах-маев Р. Н., Зорин В. В. // Баш. хим. ж.-2011.- Т.18, №3.- С.41.

References

1. Belyaev A. A., Shpatova T. V., Shternshis M. V. / Selskohozyaistvennaya biologiya.— 2010.— №3.- S.112.

2. Sipos K., Pftnzes B. / International journal of horticultural science.- 2010.- V.16, №2.- P.43.

3. Hall D. R., Farman D. I., Cross J. V., Pope T. W., Ando T., Yamamoto M. / J Chem Ecol.- 2009.-V.35.- P.230.

4. Nakamura K., Matsuda T. J. Org. Chem.-1998.- V.63.- P.8957.

5. Sunagatullina A. Sh., Ishbaeva A. U., Shach-maev R. N., Zorin V. V. / Bash. him. j.- 2011.-T.18, №3.- S.41.