Biotecnologie applicate – Biocatalisi Mod. C (aa 2009/10) Riduzioni

Biotecnologie applicate – Biocatalisi Mod. C (aa 2009/10)
Riduzioni stereoselettive con Saccharomyces cerevisiae
SCOPO DELL’ESPERIENZA
La sintesi stereoselettiva catalizzata da un enzima dell’etil beta-idrossibutirrato a partire dall’etilacetoacetato.
INTRODUZIONE
La biocatalisi viene spesso considerata un metodo alternativo
compatibile con l’ambiente rispetto ai reagenti chimici più
classici. Negli ultimi anni sono stati sviluppati diversi sistemi
artificiali per la riduzione stereoselettiva di chetoni ad alcoli, ma
solo pochi di essi hanno stereo selezioni confrontabili con quelle
che si ottengono con gli enzimi o microorganismi.
Uno di questi, il Saccharomyces cerevisiae, detto comunemente
lievito di birra, è un organismo benigno che è un grado di
effettuare trasformazioni chimiche, in particolare la riduzione di
un chetone ad alcol. Quest’ultimo processo è particolarmente attraente in termini di costi ed efficacia. Il metodo
tradizionale è quello di effettuare la reazione in una soluzione acquosa del lievito in condizioni fermentative.
Questo, da un punto di vista pratico, crea dei problemi non trascurabili a causa delle quantità elevate di solvente
che si devono utilizzare e della natura non idrofobica dei reagenti e dei prodotti. Questi problemi possono essere
superati lavorando in ambiente organico in condizioni non fermentative . Nel caso specifico, buoni risultati sono
stati ottenuti lavorando in etere di petrolio a temperatura ambiente con lievito di birra anidro conservato a bassa
temperatura (Sigma).
PROGRAMMAZIONE DELL’ESPERIENZA
Al fine di riuscire a completare l’esperienza nei tempi assegnati dovrete pianificare il vostro tempo correttamente
rispettando lo schema seguente. I gruppi sono composti da due persone che dovranno dividersi i compiti. Il
quaderno di laboratorio sarà individuale e verrà consegnato entro termine del laboratorio (12 febbraio 2010) per
la valutazione.
Primo giorno:
Preparazione dell’esperimento e inizio reazione
Secondo giorno:
Work-up della reazione e isolamento del prodotto di reazione
Terzo giorno
Caratterizzazione del prodotto di reazione
Quarto giorno
Preparazione relazione
PRECAUZIONI
I solventi organici sono sostanze infiammabili. Precauzioni standard nella manipolazione di sostanze organiche
devono essere utilizzate in ogni momento (uso di guanti, occhiali).
DOMANDE PRE-LAB (rispondere nel quaderno di laboratorio)
Quale è il punto di ebollizione dei solventi che utilizzerete? Dell’etil acetoacetato? Dell’alcol corrispondente?
Quale è la rotazione specifica dell’(R)-etil-3-idrossibutanoato? Quale è l’enzima attivo nel processo? Serve un
cofattore?
QUANTITA’ DI MATERIALE DA UTILIZZARE NELL’ESPERIENZA
ETERE DI PETROLIO 40-60
ACETATO DI ETILE [141-78-6] -----ETILACETOACETATO [141-97-9]
SOLFATO DI MAGNESIO [7487-88-9]
CLOROFORMIO
250 ml
60 mL
0.44 g
1.7 g ~
10 mL
MATERIALE RICHIESTO PER SVOLGERE L’ESPERIENZA
Ogni gruppo avrà bisogno della vetreria e altro material per svolgere l’esperimento, fare l’estrazione acquosa e
rimuovere il solvente sotto vuoto. In modo specifico per l’esperimento avremo bisogno di:
un pallone da 500 ml o una beuta da 500 ml con tappo a smeriglio,
un agitatore meccanico/un’ ancoretta magnetica
una piastra per l’agitazione magnetica
un cilindro graduato (100-250 ml)
una pipetta graduata.
una capsula per pesare il lievito
una beuta da 500 ml
un pallone da 250 ml
imbuto
carta da filtro
un matraccio da 10 ml
una cella per il polarimetro
verranno utilizzati un polarimetro e un gas massa per verificare il decorso della reazione
Riduzione stereoselettiva dell’etil acetoacetato con lievito di birra
In un pallone/beuta da 500 ml viene posto l’etilacetoacetone (15 mmol), etere di petrolio (esano) (250 ml), acqua
distillata (18 ml) e il lievito (22.5 g). Il pallone viene munito di agitatore meccanico (magnetico) e la miscela
viene mescolata a temperatura ambiente nel corso della notte. L’etere di petrolio viene decantato e il residuo del
lievito viene lavato tre volte con etile acetato (3x 30ml). Le fasi organiche riunite vengono filtrate per rimuovere
i residui di lievito e seccati su magnesio solfato. L’anidrificante viene rimosso per filtrazione e il solvente viene
rimosso all’evaporatore rotante sotto vuoto in un pallone da 250 ml pesato (non scaldare il bagno ad acqua sopra
dei 40°C (perché?)). Registrare il peso per determinare la resa e verificare la purezza mediante analisi gas
cromatografica e la rotazione specifica del prodotto. Per registrare la rotazione specifica pesare 100 mg di
composto in un matraccio tarato da 10 ml e dissolverlo in CHCl3. (volume noto).
Riferimento: Tetrahedron Letters 1996, 37, 1699