Preparación estereoselectiva de interesantes líquidos iónicos y carbamatos mediante procesos de resolución cinética y desimetrización enzimática

Resumen

Las biotransformaciones son consideradas hoy en día como herramientas muy útiles para el desarrollo de transformaciones sintéticas. Impulsada por motivaciones industriales, el uso de la Biocatálisis ha alcanzado una notable importancia en los últimos años. Por lo tanto, la mejora de los biocatalizadores en términos de actividad o estabilidad por medio de la evolución dirigida, modelización molecular, protocolos de inmovilización o de ingeniería del medio, han permitido el uso de fuentes enzimáticas en distintos procesos selectivos. En esta memoria, dividida en una introducción y dos partes bien diferenciadas, hemos tratado en primer lugar de desarrollar y luego optimizar protocolos sólidos, sencillos y directos para la preparación de compuestos ópticamente activos. De esta manera, la síntesis quimioenzimática de interesantes sales de imidazolio o triazolio ópticamente activas, obtenidas en algunos casos como líquidos iónicos quirales, será estudiada en los tres primeros capítulos. Por otra parte y aprovechando la experiencia de nuestro grupo de investigación en la síntesis de alcoholes y aminas quirales, la desimetrización de 1,3-propanodiaminas, 1,5-pentanodiaminas y 1,5-pentanodioles catalizadas por lipasas será analizada en profundidad en la segunda parte de este trabajo, a través de los capítulos cuatro y cinco. En la introducción de este trabajo de investigación hemos realizado una revisión bibliográfica concisa relacionada con el estado actual de la química sostenible, y el papel que la Biocatálisis juega dentro de ella. A continuación, y como hemos mencionado anteriormente, se han redactado dos secciones independientes sobre la preparación quimioenzimática de diversos compuestos. En la primera, nos hemos centrado en la síntesis de sales y líquidos iónicos quirales con la intención de aplicar estos sistemas en distintas áreas de la química como reacciones organocatalíticas o la preparación de fases estacionarias para el análisis de cromatografía de gases. Para lograr las metas propuestas, se han establecido diferentes colaboraciones de investigación con otros grupos científicos nacionales de reconocida reputación que dan un enfoque multidisciplinar a las investigaciones realizadas. El primer capítulo se centra en la síntesis química de derivados de imidazol, posteriormente resueltos enzimáticamente usando lipasas como catalizadores. Los productos intermedios enantiopuros han sido identificados como adecuados precursores para la síntesis de líquidos iónicos monocatiónicos. Los principales resultados obtenidos en este trabajo han sido publicados en: E. Busto, V. Gotor-Fernández, N. Ríos-Lombardía, E. García-Verdugo, I. Alfonso, S. García-Granda, A. Menéndez-Velázquez, M. I. Burguete, S. V. Luis, V. Gotor, ¿Simple and straightforward synthesis of novel enantiopure ionic liquids via efficient enzymatic resolution of (¿)-2-(1H-imidazol-1-yl)cyclohexanol¿ Tetrahedron Lett. 2007, 48, 5251-5254. N. Ríos-Lombardía, E. Busto, V. Gotor-Fernández, V. Gotor, R. Porcar, E. García-Verdugo, S. V. Luis, I. Alfonso, S. García-Granda, A. Menéndez-Velázquez, ¿From enantiopure chiral salts to enantiopure chiral ionic liquids by systematic structural modifications: A rational approach towards the efficient modular synthesis of enantiopure chiral imidazolium salts¿ Chem. Eur. J. 2010, 16, 836-847. J. González-Álvarez, D. Blanco-Gomis, P. Arias-Abrodo, D. Díaz-Llorente, N. Ríos-Lombardía, E. Busto, V. Gotor-Fernández, M. D. Gutiérrez-Álvarez, ¿Evaluation of new ionic liquids as high stability selective stationary phases in Gas Chromatography¿ Anal. Bioanal. Chem. 2011, 400, 1209-1216. J. González-Álvarez, D. Blanco-Gomis, P. Arias-Abrodo, D. Díaz-Llorente, N. Ríos-Lombardía, E. Busto, V. Gotor-Fernández, M. D. Gutiérrez-Álvarez, ¿Polymeric imidazolium ionic liquids as valuable stationary phases in gas chromatography: Chemical synthesis and full characterization¿ aceptado para su publicación DOI: 10.1016/j.aca.2012.01.047. En el segundo capítulo, la metodología previamente establecida, ha sido desarrollada con éxito para la síntesis asimétrica de sales y líquidos iónicos de triazolio, los cuales han sido empleados como organocatalizadores en la adición de tipo aza-Michael entre malonato de dietilo y trans-Chalcona. Los resultados han sido publicados en: N. Ríos-Lombardía, R. Porcar, E. Busto, I. Alfonso, J. Montejo-Bernardo, S. García-Granda, V. Gotor, S. V. Luis, E. García-Verdugo, V. Gotor-Fernández, ¿Enantiopure triazolium salts. Chemoenzymatic synthesis and applications in organocatalysis¿ ChemCatChem 2011, 3, 1921-1928. En el tercer capítulo, se ha llevado a cabo la síntesis de líquidos iónicos tricatiónicos y hexacatiónicos, y algunos de los resultados han sido recogidos en: J. González-Álvarez, D. Blanco-Gomis, P. Arias-Abrodo, D. Díaz-Llorente, N. Ríos-Lombardía, E. Busto, V. Gotor-Fernández, M. D. Gutiérrez-Álvarez, ¿Characterization of hexacationic imidazolium ionic liquids as effective and highly stable gas chromatography stationary phases¿ J. Sep. Sci. 2012, 35, 273-279. En la segunda parte de este trabajo, nos hemos centrado en la síntesis y posterior desimetrización de diaminas, dioles y diésteres proquirales por medio de procesos de alcoxicarbonilación, acilación o hidrólisis catalizados por lipasas. Así en el cuarto capítulo, ha sido estudiada en profundidad la síntesis y desimetrización enzimática de 2-aril-1,3-propanodiaminas, centrándose también en la preparación de ureas cíclicas como interesantes compuestos de alto valor añadido, empleando distintas diaminas como materiales de partida. Algunos de los resultados se presentan en las publicaciones: N. Ríos-Lombardía, E. Busto, V. Gotor-Fernández, E. García-Urdiales, V. Gotor, ¿Enzymatic desymmetrization of prochiral 2-substituted-1,3-propanediamines: preparation of valuable nitrogenated compounds¿ J. Org. Chem. 2009, 74, 2571-2574. E. García-Urdiales, N. Ríos-Lombardía, E. Busto, V. Gotor-Fernández, V. Gotor, ¿Computational study of the enzymatic desymmetrisation of 2-aryl-propan-1,3-diamines¿ ChemBioChem 2009, 10, 2875-2883. N. Ríos-Lombardía, E. Busto, V. Gotor-Fernández, V. Gotor, ¿Synthesis of optically active heterocyclic compounds via preparation of 1,3-dinitro derivatives and enzymatic enantioselective desymmetrization of prochiral diamines¿ Eur. J. Org. Chem. 2010, 484-493. Finalmente en el quinto capítulo se ha estudiado la síntesis y desimetrización de 3-aril-1,5-pentanodiaminas y 3-aril-1,5-pentanedioles catalizada por lipasas, encontrándose algunos de los resultados en las siguientes publicaciones: N. Ríos-Lombardía, V. Gotor-Fernández, V. Gotor ¿Complementary lipase-mediated desymmetrization processes of 3-aryl-1,5-disubstituted fragments. Enantiopure synthetic valuable carboxylic acid derivatives¿ J. Org. Chem. 2011, 76, 811-819. N. Ríos-Lombardía, E. Busto, V. Gotor-Fernández, V. Gotor ¿Chemoenzymatic asymmetric synthesis of optically active 1,5-pentanediamine fragments by means of lipase-catalyzed desymmetrization transformations¿ J. Org. Chem. 2011, 76, 5709-5718.