METODI DI OTTENIMENTO DI EPC RISOLUZIONE CLASSICA CINETICA CINETICA DINAMICA CHIRAL POOL INDUZIONE ASIMMETRICA BASATA SUL SUBSTRATO BASATA SUL REAGENTE CATALITICA STECHIOMETRICA CHIMICA ENZIMATICA RISOLUZIONE DI RACEMI 1. RISOLUZIONE CLASSICA Formazione di diastereoisomeri Agente derivatizzante (risolvente) enantiomericamente puro Miscela di diastereoisomeri Diastereoisomeri separabili Libero l’agente derivatizzante 1. RISOLUZIONE CLASSICA Formazione di sali diastereoisomeri NH2 chirale racemo Ph + HO HO2C HO OH CO2- nelle acque madri HO2C agente risolvente otticamente puro CO2H R,R OH HO OH CO2- HO2C NH3+ NH3 cristallizza + Ph Ph NaOH NaOH NH2 NH2 Ph (R)-(+) Ph (S)-(-) 1. RISOLUZIONE CLASSICA Formazione di composti diastereoisomeri O Agente derivatizzante Ph O O OH O + HO2C OMe Ph O OMe O OMe () separabili per cromatografia O Ph O NaOH, H2O OH + HO2C OMe OMe O O Ph NaOH, H2O OH OMe + HO2C OMe separati si recupera Ph OMe 1. RISOLUZIONE CLASSICA Risoluzione fisica O Ph NH OH OH Si O O Si O O O O Si Si O O O Si O O Si O O Si O O O O Si Si O O O NO2 NH O NO2 1. RISOLUZIONE CLASSICA Risoluzione fisica GC e HPLC chirale Interazione favorevole Interazione sfavorevole Miscela racema da separare Fase stazionaria chirale Per misure di e.e. Enantiomero trattenuto dalal fase stazionaria Enantiomero eluito 1. RISOLUZIONE CLASSICA Risoluzione fisica GC e HPLC chirale Regola dei tre punti di attacco 1. RISOLUZIONE CLASSICA Risoluzione per inclusione CICLODESTRINE 1. RISOLUZIONE CLASSICA Risoluzione per inclusione CICLODESTRINE RISOLUZIONE CINETICA Reagente o catalizzatore chirali enantiomericamente puri R1 R X kR R2 R1 R Y R2 kR >> kS R2 kS S R2 S X R1 Y R1 R enantiomero “veloce” o eutomero; S enantiomero “lento” o distomero RISOLUZIONE CINETICA Agente risolvente: enzima kR kS R enantiomero “veloce” o eutomero; S enantiomero “lento” o distomero Selettività della risoluzione E= kR Rapporto enantiomerico kS eeP (1 - eeS ) eeP eeS E ee (1 eeS ) ln P eeP eeS ln R enantiomero “veloce”. Coincide con P (prodotto) della seconda relazione. S enantiomero “ lento”. Coincide con S (substrato non reagito) della seconda relazione. E 10 19 49 100 e.e. P % 83 90 95 98 E = 1 nessuna stereoselettività E fino a 10: bassa selettività E 15 – 30 modesta – buona E > 200 eccellente Selettività della risoluzione – – – – E.e. dipende dalla conversione E.e. Del prodotto diminuisce al di sopra del 50% conversione E.e. Del substrato è basso sotto il 40% conversione La conversione è la frazione di substrato convertita nel prodotto c conversion P S0 S S0 S0 Selettività della risoluzione Selettività della risoluzione Risoluzioni cinetiche (KR) Resa teorica massima del 50% Separazione dei prodotti necessaria Eventuale smaltimento dell’enantiomero indesiderato KR VIA EPOSSIDAZIONE ASIMMETRICA DI SHARPLESS Risoluzione cinetica R3 R2 R2 R R3 veloce OH R1 R OH R1 H O H L-(+)-dialchiltartrato R3 R2 R2 H R3 lento H OH R1 R R1 O L-(+)-dialchiltartrato R OH KR VIA EPOSSIDAZIONE ASIMMETRICA DI SHARPLESS E i-Pr O i-Pr O O EtO R O O O O O Ti E TiE O O O O t-Bu E i-Pr i-Pr R O O EtO R O Ti E TiE O O R O O t-Bu O EPOSSIDAZIONE ASIMMETRICA DI SHARPLESS Risoluzione cinetica OH L-(+)-DET t-BuOOH Ti(OPr-i)4 OH + O OH ENZIMI Sintesi asimmetrica: l’enzima agisce asimmetricamente su un substrato prochirale Risoluzioni cinetiche: l’enzima riconosce la chiralità del substrato (Riconoscimento chirale) Composti che possono essere convertiti in singoli enantiomeri ENZIMI ENZIMI Free energy Enzymetransition state complex EX‡ Transition state X‡ Substrate S Enzyme + Substrate E+S Enzyme substrate complex ES Enzyme – product complex EP Product P Enzyme+ Product E+P Reaction coordinate ENZIMI Accelerazione: effetti di prossimità Specificità: interazioni con i siti di binding Specificità della famiglia delle Ser-proteasi Trypsin Chymotrypsin Elastase cuts at Lys, Arg cuts at Trp, Phe, Tyr cuts at Ala, Gly O O –C–N–C–C–N– C O O –C–N–C–C–N– CH3 Shallow and non-polar pocket Non-polar pocket Active Site Juang RH (2004) BCbasics Deep and negatively charged pocket O O –C–N–C–C–N– C C C C NH3 + COOC Asp ENZIMI IDROLASI ESTERASI. Substrato naturale: esteri di acidi grassi. Esempi PLE (Porcine Liver Esterase), HLE (Horse Liver Esterase) LIPASI substrato naturale: trigliceridi (esteri del glicerolo e di acidi grassi). Esempi PPL (Porcine Pancreatic Lipase), PFL (Pseudomonas Fluorescens Lipase), PROTEASI substrato naturale: peptidi, proteine Esempi: a-chimotripsina ENZIMI IDROLISI ENZIMATICHE Me R O Me lipasi O R H2O pH 7 O Me + AcOH + O R OH Idrolisi di esteri di alcoli chirali (enzimi preferiti: lipasi) O R MeO Me O esterasi H2O pH 7 O R MeO R HO + Me + MeOH Me Idrolisi di esteri di acidi carbossilici chirali (enzimi preferiti: esterasi) Me R N H O Me proteasi R H2O pH 7 N H O Me + + AcOH R NH2 Idrolisi di ammidi di acidi carbossilici chirali (enzimi preferiti: proteasi) ACILAZIONI ENZIMATICHE Me R OH Me lipasi solvente R O Me + O + CH3CHO R OH OCOCH3 Acetilazioni di alcoli secondari chirali (enzimi preferiti: lipasi) Me R NH2 Me lipasi solvente CH3COOEt O Me + EtOH R N H + R NH2 Acetilazioni di ammine primarie chirali (enzimi preferiti: lipasi) RISOLUZIONE CINETICA DINAMICA Reagente* o catalizzatore* R1 X kR R2 R1 Y R2 kRAC kR >> kS R2 kS R2 S X R1 R Y R1 Risoluzione classica accoppiata alla racemizzazione in situ dell’enantiomero “lento” RISOLUZIONE CINETICA DINAMICA Per una DKR efficiente La corrispondente KR deve essere irreversibile La stereoselettività deve essere alta (kS >> kR o kR>> kS), (es. E = kR/kS > 20) La velocità di racemizzazione deve essere maggiore della velocità di reazione La racemizzazione del prodotto deve essere trascurabile Metodi di racemizzazione Catalizzata da metalli di transizione e loro complessi OH R H R' R Ph O R' H Ph Ru OC OC R H R' racemo Ph O Ph Ph Ph OH H [Ru] H O [Ru] Ph Ph Ru CO CO Ru2(CO)4(-H)(C4Ph4COHOCC4Ph4) Shvo’s catalyst SHVO’S CATALYST SHVO’S CATALYST In combination with enzymes: Racemization 3. Schiff-base mediated racemization R 4. Racemization via SN2 processes Racemizzazione Racemizzazione basica Dynamic kinetic resolution DKR Racemizzazione basica hydantoinase Racemizzazione In situ R = Ph Racemization 1. Base racemization proteasi Ketorolac S-enantiomero Ee 85%, resa 92% antiinfiammatorio Racemization 4. Metal catalyzed racemization Racemizzazione via intermedi p-allile M = Pd(II) Racemizzazione via intermedi sp2 Ru(II) ENZIMI - Desimmetrizzazioni Sintesi asimmetrica: l’enzima agisce asimmetricamente su un substrato prochirale Risoluzioni cinetiche: l’enzima riconosce la chiralità del substrato (Riconoscimento chirale) Composti che possono essere convertiti in singoli enantiomeri DESIMMETRIZZAZIONI Substrato: un composto prochirale A Resa massima teorica: 100% E k1 k2 ee R S E 1 R S E 1 DESIMMETRIZZAZIONI 1. Differenziazione di gruppi enantiotopici pro-R R X 1 R2 R 1 R2 X pro-S X X>R2>R1 Y Preferenza per la funzione X pro-S e.e. fino al 99.9% Ph pro-R Ph k1 R CO2Me pro-S CO2H CO2Me >> CO2Me k2 Ph S Esterasi CO2Me CO2H preferenza per la funzione pro-R k1>k2 DESIMMETRIZZAZIONI 1. Differenziazione di gruppi enantiotopici Esterasi Asimmetrizazioni di glutarati prochirali e.e. fino a 99.9% DESIMMETRIZZAZIONI 1. Differenziazione di gruppi enantiotopici pro-S Ph k1 Ph R OAc OAc OH OAc pro-R k3 Ph k4 k2 Ph S OH OH OH OAc preferenza per la funzione pro-R k1>k2 DESIMMETRIZZAZIONI 1. Differenziazione di gruppi enantiotopici DESIMMETRIZZAZIONI Sharpless epoxidation O OH slow fast O OH OH O OH slow fast O 99.4%ee al 50%conv 99.9% ee al 99%conv kfast/kslow = 104 DESIMMETRIZZAZIONI 1. Differenziazioni di gruppi enantiotopici: STRATEGIA «MESO» Asimmetrizationi di 1,2-dicarbossilati ciclici a monoesteri chirali DESIMMETRIZZAZIONI 1. Differenziazioni di gruppi enantiotopici: STRATEGIA «MESO» CO2H CO2Me k1 CO2Me 1R,2S CO2Me CO2Me k2 CO2H 1S,2R OH k1 OAc OAc k3 OH 1S,2R OAc k4 k2 OAc OH 1R,2S OH