Instalatie Tehnologica Pentru Obtinerea Acidului D 2 Amino 3 Tiofen 2 Il Propanoic

Să se proiecteze o instalație tehnologică pentru obținerea a 5 kg/șarjă de acid D 2 amino 3 tiofen 2 il propanoic din amestecul racemic prin reacția de eliminare.

1.2 Prezentare generală a produsului

Formula structurala:

Denumire IUPAC: (R)-2-amino-3-(tiofen-2-il) propanoic

Formula moleculară: C7H6NO2S

Masa moleculară: 171,217 g/mol

Compoziție elementală: C: 49,11%

H: 5,3%

O: 18,69%

S: 18,73%

N: 8,18% (ChemBioDraw Ultra)

Aspecte fizic și chimice:

Punct de fierbere : 315.9 ± 32.0 °C la 760 mmHg

Densitate : 1,3 g/cm3

Indicele de refracție: 1,608

Entalpia de vaporizare: 58.8 ± 3.0 kJ/mol

Stare de agregare: solid http://www.chemspider.com/Chemical-Structure.5458325.html?rid=6702d2d8-1bf6-4879-a715-73fdfabb18e2 )

2. Procese de obținere. Studiu de literatură

2.1. Metode de obținere a acidului (D)-2-amino-3-(tiofen-2-il) propanoic

2.1.1. Interacțiunea heteroaril-acrilat și alanine cu fenilalanina amoniac liaza din pătrunjel

Acizi acrilici și alaninele substituite cu gruparea heteroaril în poziția beta au fost sintetizate si caracterizate prin spectroscopie (UV, RMN, 1H NMR,13C NMR) .Grupările heteroaril au fost furanil, tiofenil, benzofuranil și benzotiofenil, cu lanțuri laterale de alanil în poziția 2 sau 3. Dacă primii compuși sunt substraturi bune pentru PAL, ultimii compuși sunt inhibitori.Excepție fac tiofen-3-il-alanina, un substrat moderat și furan-3-il-alanina, care este inert. Posibilele motive pt aceste excepții înca sunt discutabile. Incepând de la racemicul heteroaril-2-alanina, D-enantiomerii au fost preparați utilizand o procedura stereodistructivă. De la heteroaril-2-acrilat, L-enantiomerii heteroaril-2-alaninei au fost preparați la concentrație mare de amoniac. Aceste rezultate pot fi explicate prin atacul electrofil de tip Friedel Craft la partea aromatica a substraturilor, ca etapă inițiala a reacției PAL.

Reacția de mai jos are loc în prezeța hidroxidului de litiu, la temperatura de 60 °C, timp de 2,5 ore și prezintă un randament de 75%.

Următoarele reacții fac parte tot din această metodă de obținere dar prezintă alte condiții.

De exemplu această reacție se realizează în 6 etape:

NaBH4 / metanol / 20 °C;

SOCl2 / benzotriazol / CH2Cl2;

3. NaH / dimetilformamidă, diverși solvenți / 0,5 h / 20 °C;

4. NaOH / metanol / 20 h / 20 °C;

5. Toluen / 2 h / încalzire;

6. Hidroxid de litiu / 2,5 h / 60 °C;

Tiofen-2-carbaldehidă acid 2-amino-3-(tiofen-2-il) propanoic

Un alt exemplu este realizat în prezența hidroxidului de amoniu, dioxid de carbon și PAL(fenilalanin ammoniac-liază) și în următoarele condiții: temperatura 30 °C, pH=10,2, 48 h. Randamentul reacției este de 89%. (Paizs,Csaba,Katona,Adrian,Retey,Janos-European Journal of Chemistry,2006, vol.12, p. 2739-2744)

Sinteză chemoenzimatică de L-arilalanine enantiopure din arilaldehide într-un singur reactor

Diverse L-arilalanine enetiopure pot fi obținute din arilaldehidele corespunzătoare într-un singur reactor printr-o combinație de reacții chimice si enzimatice. Reactivii utilizați au fost (trifenil-alfa-fosfaniliden) etil acetat(reacție Witting), esteraza din ficat de porc, PAL din pătrunjel și amoniac. Ca exemple, urmatoarele grupuri aril au fost utilizate: fenil,4-clorofenil,3-flurofenil și tiofen-2-il. Enantiomerii L puri a fenil-4-clorofenil-3-fluorofenil și tiofen-2-il-alaninelor au fost obținuți în urma cromatografiei de schimb ionic cu randamente de 88,78 și 91 %, calculate din arilaldehide.

Reacția se realizează în 3 etape:

Etapa 1: apă, temperatura: 90 °C, reacție Wittig, 3 h;

Etapa 2: esterază din ficat de porc și hidroxid de amoniu în apă, temperatura: 25-30 °C, pH= 7- 9, sonicare;

Etapa 3: hidroxid de amoniu și PAL în apă, temperatura: 30 °C, pH=10.2; (Paizs, Csaba, Katona, Adrian, Retey, Janos – European Journal of Chemistry, 2006, p. 1113-1116)

Enantiomerie. Chiralitate. Amestec racemic

Enantiomeria (izomeria de oglindire) reprezintă tipul de stereoizomerie care este caracteristică substanțelor care au activitate optică și au capacitatea de a roti planul luminii plan poarizate. Lumina plan polarizată se propagă în spațiu prin oscilații ale vectorului câmp electric E în plan de polarizare.

Enantiomerii pot fi:

Dextrogir: rotesc planul luminii polarizate spre dreapta, având unghiul “+ α “;

Levogir: rotesc planul luminii polarizate spre stanga,având unghiul “- α”. (curs III Dărăbanțu, p. 7).

Amestecul racemic http://www.unibuc.ro/prof/urda_a/docs/2012/dec/18_13_58_28tema_4_-_chiralitate_configuratie_proiectii_Fischer.pdf

Enzime

Payen și Persoz au fost cei care au descoperit prima enzimă în anul 1833.Aceștia au izolat amilaza sub forma unui material solid alb, amorf. http://www.qreferat.com/referate/biologie/Enzimele326.php )

Enzimele sunt o clasă de proteine cu funcție biocatalitică ce se regăsesc în fiecare reacție care se petrece în organism. La fel ca și catalizatorii clasici din chimie, enzimele măresc viteza de reacție micșorând energia de activare. Enzimele fac posibile biotransformările substanțelor în condiții în care catalizatorii convenționali nu fac acest lucru. Aceasta se datorează specificității, selectivității dar și activității enzimatice ridicate.

Enzimele se împart în șase clase, conform Comisiei Internaționale de Enzimologie (Enzyme Commission, E.C):

Oxidoreductaze – catalizează reacții redox;

Transferaze – catalizează transferul intermolecular de diferite grupări;

Hidrolaze – catalizează scindarea hidrolitică a unor legături chimice;

Liaze – catalizează reacții de adiție sau eliminare la molecula unui substrat (reacții cu formare sau scindare de legături duble);

Izomeraze – catalizează reacții de izomerizare;

Ligaze (sintetaze) – catalizează reacții de condensare a două molecule cu aportul energetic al unor nucleozidtrifosfați.

Unele enzime au pe lângă partea proteică și o parte neproteică, acestea se numesc holoenzime. Partea neproteică poate fi de două tipuri: coenzimă, când se leagă necovalent de partea proteică a enzimei sau grupare prostetică, când se leagă covalent.( Irimie, 1998)

Enzimele și catalizatorii clasici au o serie de caracteristici comune cum ar fi: măresc viteza de reacție micșorând energia de activare, acționează asupra unei substanțe numită substrat, prezența lor într-o reacție duce la un proces favorabil termodinamic și nu se consumă în timpul reacției.

Enzima interacționează cu substratul și se formează un complex enzimă-substrat (ES) fiind parțial stabilizat. În acest complex va avea loc transformarea substratului în produs legat de enzimă (EP) deoarece substratul ajunge în contact cu resturile de aminoacizi din situsul catalitic al enzimei.

Deosebirea cea mai importantă dintre enzime și catalizatorii chimici constă în specificitatea, activitatea si selectivitatea enzimelor.

Activitatea enzimelor reprezintă numărul de molecule de substrat transformate de o enzimă intr-un anumit timp. ( Irimie, Paizs, Toșa, 2006) . Aceasta depinde de mai mulți factori care trebuie sa se cunoască: natura substratului, prezența sau absența cofactorilor enzimatici, natura solventului, compoziția ionică, temperatura.

Specificitatea poate fi de 2 tipuri: specificitate de substrat și specificitate de reacție.

Specificitatea de substrat poate fi absolută atunci când enzima interacționează cu o singură substanță sau poate fi relativă atunci când enzima acționează asupra unui grup de compuși cu structură asemănătoare ( lipaze, fosfataze, enzime proteolitice).

Specificitatea de reacție presupune transformarea a unui substrat din mai multe posibilități. Aceasta poate fi considerată sinonimă cu noțiunea de selectivitate dacă este raportată la produsul de reacție în masura în care este diferit în transformările suferite de substrat.

Selectivitatea se referă la produșii de reacție. Dacă produsul de reacție prezintă izomeri geometrici se oate vorbi de selectivitate cis-trans. În cazul în care în urma unei reacții se obțin enantiomeri sau diastereoizomeri, preferința sistemului pentru unul sau altul poartă denumirea de enantioselectivitate sau diastereoselectivitate. (Irimie,1998)

Enzimele în solvenți organici

Activitatea enzimatică este maximă în cazul substraturilor naturale. S-a demostrat că enzima are nevoie de un strat de apă care trebuie sa îi asigure flexibilitatea conformațională. Dacă acest strat de apă lipsește, molecula proteică rămâne rigidă. Această rigiditate nu înseamnă neapărat denaturarea, ci doar o micșorare a activitații. Se știe faptul că mediul natural al enzimelor este apa, dar devine necesară și utilizarea solvenților organici în reacții enzimatice. În solvenți organici, rigiditatea moleculară este o piedică pentru realizarea denaturării.

Există multe situații care necesită utilizarea solvenților organici în reacții enzimatice, cum ar fi: solubilitatea redusă a unor substraturi în apă, necesitatea asigurării unei stabilități superioare a enzimelor, evitarea inhibiției de substrat sau de produs, evitarea unor reacții sau procese secundare, precum reacțiile de hidroliză sau de adiție a apei, simplificarea recuperării produsului și a biocatalizatorului prin utilizarea unor solvenți volatili. ( Irimie, Paizs, Toșa, 2006)

2.4. Biocatalizatorul fenilalanin amoniac liaza ( PAL )

Biocatalizatorii au început sa fie folosiți în industrie destul de târziu. Prima dată s-au folosit în 1874 în Danemarca de către Christian Hansen. Acesta fabrica un amestec de enzime ce proveneau din stomacul vițeilor sugari. Amestecul se numea ranet standardizat și se folosea pentru producerea brânzeturilor. ( Irimie, Paizs, Toșa, 2006)

.