Procesos catalizadores de enzimas en la industria farmacéutica

Procesos catalizadores de enzimas en la industria farmacéutica.^[1]*

J. Peter Rasor, Edgar Voss

Traducción por Mónica Mata

1. Selectividad - La fuerza de la biocatálisis

La selectividad es un requisito esencial en química orgánica sintética [12], y no hay duda de que los enzimas como catalizadores altamente selectivos han contribuido en gran medida a afrontar este reto. La regioselectividad de enzimas incluso en moléculas complejas, sin ninguna necesidad de proteger a los grupos es una fuerza fundamental de biocatálisis. Esto reduce el número de pasos en la síntesis y por lo tanto reduce el tiempo de ocupación de reacciones químicas, que supone un factor importante de la economía del proceso en la producción farmacéutica y química. La alta estereoselectividad, antaño un dominio exclusivo de la biocatálisis, es hoy en día también alcanzable por la transición en catálisis con metales, principalmente en las hidrogenaciones enantioselectivas.

Una comparación de ambos enfoques se hace en la Sección 1.2.

1.1. Quimio y regioselectividad

Un buen ejemplo de quimio y regioselectividad combinada de una transformación enzimática es la acetilación de purina 1 (506U78) que está actualmente siendo desarrollada por Glaxo Welcome como un agente anti leucémico [13,14]. El uso de una lipasa inmovilizada de Candida antarctica, tipo B, y acetato de vinilo como acilo donante, una conversión de 99% a los 5 '-monoacetato 2 es obtenido, lo que hace el compuesto más soluble y por lo tanto, aumenta la biodisponibilidad. Curiosamente, presenta una aguda dependencia del solvente dando el dioxano los mejores resultados. Esta transformación es casi imposible de lograr por reacciones de acetilación química convencional debido a su conocida preferencia por N-acilación. La regioselectividad en este proceso es notablemente alta, menos de 0,1% de 3' -y acetato de metilo por debajo de 0,3% de 3,5'- diacetato se forma [15], (Fig. I).

Cuanto más alto se funcionalice una molécula, más difícil es lograr una alta selectividad. A este respecto, la síntesis de oligosacáridos siempre ha sido un caso difícil, debido a la alta densidad de grupos funcionales muy similares. Una síntesis selectiva sólo es posible por el uso extensivo de técnicas de protección. Por el contrario, las enzimas pueden hacer la síntesis directa posible, como puede verse a partir de la síntesis de una sialyl- Lewis' biblioteca-6 [16] a efectos de selección de Novartis [17].

Aunque las glicosiltransferasas son poderosos catalizadores para la síntesis selectiva de los oligosacáridos [18], hasta el momento de su aplicación general ha sido obstaculizado dado su disponibilidad comercial limitada (Fig. 2).

1.2. La estereoselectividad

Las enzimas han ganado más atención debido a su estereoselectividad. Especialmente en productos farmacéuticos la reciente tendencia a desarrollar drogas de único estereoisómero en lugar de racematos ha ayudado enormemente para establecer enzimas como herramientas en síntesis orgánica.

Casi imbatible en este contexto son las N-acilasas debido a su enantioselectividad perfecta y amplia tolerancia en el sustrato [19]. Por esta razón la  Acilasa I de riñón y Aspergillus Acilasa I (para acetil altamente lipofílico L-aminoácidos) se encuentran entre las pocas enzimas que son utilizadas en el laboratorio sintético de tamaño medio.

Esta tecnología se utiliza por ejemplo en Degussa-Hills para la producción de L-metionina [20,21]. A pesar de ser una vieja [19] pero poderosa técnica [22-24] para la resolución de N-acetil aminoácidos, ha sufrido recientemente una valiosa extensión usando D-aminoácidos acilasas recombinante [25].

Del mismo modo familiar para el químico orgánico son lipasas y esterasas que poseen enantioselectividad con una amplia gama de sustratos tales como ésteres, alcoholes, ésteres de ácidos carboxílicos y aminas incluso. Un proceso de Chirotech para la síntesis de los dos enantiómeros de DUPHOS ilustra el potencial de las lipasas.

Una mezcla sintética de 50% meso y 25% de los cada enantiómero de hexanodiol 7 se acila por la ayuda de una lipasa que es altamente selectivo para (R) –alcoholes configurados. Los cambios (2S, 4S)-isómero se separa por extracción con agua (98% ee, 88% de) y purificado por cristalización a partir de t-butil metileter. Desde la mezcla restante de (2R, 4R)-dibutyrate 8 y desimetrización (2R, 4S)-monobutyrate 9, este último es convertido a la (2R, 4R) isómero 10 por tratamiento con cloruro de mesilo y después acetato de potasio. La saponificación de ambos compuestos con hidróxido de potasio y la cristalización proporciona enantiopuro (2R, 4R) diol [26], (Fig. 3).

Los dioles puros obtenidos son enantioméricamente los materiales de partida quirales en la síntesis de la ligando metil-DUPHOS, el compuesto parental de la Familia DUPHOS. Estos ligandos están entre los mejores ligandos de fosfina para la hidrogenación enantioselectiva catalizada por rodio de aminoácidos deshidro.

Es algo irónico que un biocatalizador se usa para sintetizar un catalizador de rodio quiral, compita directamente con métodos biocatalíticos en la síntesis de los recursos naturales y aminoácidos no naturales. Esto conduce a una comparación fundamental de la eficacia de la catálisis con metales de transición frente a la biocatálisis. En caso de dos procesos bien conocidos por su extraordinaria eficacia, la hidrogenación de enamidas a aminoácidos y la hidrogenación de p-cetoésteres a los alcoholes correspondientes catalizada por rutenio, se logra enantioselectividad casi perfecta. El uso de material de partida proquiral, permitiendo así que las conversiones de hasta el 100%, es una ventaja sustancial de este concepto, la capacidad de producir los dos enantiómeros de un segundo. Aunque estos métodos se caracterizan por sus impresionantes resultados y frecuencias, el alto precio de los ligandos de fosfina, que suelen ser más caros que los metales nobles necesarios, se tiene muy en cuenta. Curiosamente los ligandos de fosfina tienen problemas con la sensibilidad de oxígeno y la estabilidad térmica, propiedades que normalmente se atribuyen a las enzimas. Otra desventaja de las mencionadas técnicas de hidrogenación es la exigencia de un grupo funcional adicional, un grupo acilo en el caso de rodio o un grupo éster en el caso de rutenio, para lograr alta enantioselectividad, mientras que las enzimas muestran una tolerancia al sustrato mucho mayor.

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