Chemoenzymatic Synthesis of alpha-Hydroxy-beta-methyl-gamma-hydroxy Esters: Role of the Keto-Enol Equilibrium To Control the Stereoselective Hydrogenation in a Key Step

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Asymmetric microbial reduction of ketones: absolute configuration of trans-4-ethyl-1-(1S-hydroxyethyl)cyclohexanol

A set of five fungal species, Botrytis cinerea, Trichoderma viride and Eutypa lata, and the endophytic fungi Colletotrichum crassipes and Xylaria sp., was used in screening for microbial biocatalysts to detect monooxygenase and alcohol dehydrogenase activities (for the stereoselective reduction of carbonyl compounds). 4-Ethylcyclohexanone and acetophenone were biotransformed by the fungal set. The main reaction pathways involved reduction and hydroxylations at several positions including tertiary carbons. B. cinerea was very effective in the bioreduction of both substrates leading to the chiral alcohol (S)-1-phenylethanol in up to 90% enantiomeric excess, and the cis-trans ratio for 4-ethylcyclohexanol was 0:100. trans-4-Ethyl-1-(1S-hydroxyethyl)cyclohexanol, obtained from biotransformation by means of an acyloin-type reaction, is reported here for the first time. The absolute configurations of the compounds trans-4-ethyl-1-(1S-hydroxyethyl)cyclohexanol and 4-(1S- and 4-(1R-hydroxyethyl)cyclohexanone were determined by NMR analysis of the corresponding Mosher's esters. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Dissolução redutiva de minério de ferro por Acidithiobacillus ferrooxidans para a recuperação de metais de interesse econômico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Immobilization of marine fungi on silica gel, silica xerogel and chitosan for biocatalytic reduction of ketones

The scanning electron microscopy (SEM) analysis showed that whole living hyphal of marine fungi Aspergillus sclerotiorum CBMAI 849 and Penicillium citrinum CBMAI 1186 were immobilized on support matrices of silica gel, silica xerogel and/or chitosan. P. citrinum immobilized on chitosan catalyzed the quantitative reduction of 1-(4-methoxyphenyl)-ethanone (1) to the enantiomer (S)-1-(4-methoxyphenyl)-ethanol (3b), with excellent enantioselectivity (ee > 99%, yield = 95%). Interestingly, ketone 1 was reduced with moderate selectivity and conversion to alcohol 3b (ee = 69%, c 40%) by the free mycelium of P. citrinum. This free mycelium of P. citrinum catalyzed the production of the (R)-alcohol 3a, the antipode of the alcohol produced by the immobilized cells. P. citrinum immobilized on chitosan also catalyzed the bioreduction of 2-chloro-1-phenylethanone (2) to 2-chloro-1-phenylethanol (4a,b), but in this case without optical selectivity. These results showed that biocatalytic reduction of ketones by immobilization hyphal of marine fungi depends on the xenobiotic substrate and the support matrix used. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Exploiting the enzymatic machinery of Arthrobacter atrocyaneus for oxidative kinetic resolution of secondary alcohols

We evaluated Arthrobacter atrocyaneus (R1AF57) as producer of oxidoreductases for oxidative kinetic resolution of racemic secondary alcohols via oxidation reaction. This bacterium was isolated from Amazon soil samples using medium enriched with (RS)-1-(4-methylphenyl)ethanol as a carbon source. The kinetic resolution of several secondary alcohols through enantioselective oxidation mediated by resting cells and growing cells of A. atrocyaneus was efficiently achieved for the most alcohols. In general, it was possible to obtain only the (S)-enantiomer from (RS)-1-arylethanols.

Sintesi di molecole biologicamente attive con tecniche chemoenzimatiche:beta-lattami, profeni e alfa-amminoacidi non naturali

Il progetto di ricerca di questa tesi è stato focalizzato sulla sintesi di tre classi di molecole: β-lattami, Profeni e α-amminonitrili, utilizzando moderne tecniche di sintesi organica, metodologie ecosostenibili e strategie biocatalitiche. I profeni sono una categoria di antiinfiammatori molto diffusa e in particolare abbiamo sviluppato e ottimizzato una procedura in due step per ottenere (S)-Profeni da 2-arilpropanali raceme. Il primo step consiste in una bioriduzione delle aldeidi per dare i relativi (S)-2-Aril Propanoli tramite un processo DKR mediato dall’enzima Horse Liver Alcohol Dehydrogenase. Il secondo, l’ossidazione a (S)-Profeni, è promossa da NaClO2 e TEMPO come catalizzatore. Con lo scopo di migliorare il processo, in collaborazione con il gruppo di ricerca di Francesca Paradisi all’University College Dublino abbiamo immobilizzato l’enzima HLADH, ottenendo buone rese e una migliore enantioselettività. Abbiamo inoltre proposto un interessante approccio enzimatico per l’ossidazione degli (S)-2-Aril Propanoli utilizzando una laccasi da Trametes Versicolor. L’anello β-lattamico è un eterociclo molto importante, noto per essere un interessante farmacoforo. Abbiamo sintetizzato nuovi N-metiltio beta-lattami, che hanno mostrato un’attività antibatterica molto interessante contro ceppi resistenti di Staphilococcus Aureus prelevati da pazienti affetti da fibrosis cistica. Abbiamo poi coniugato gruppi polifenolici a questi nuovi β-lattami ottenendo molecule antiossidanti e antibatteriche, cioè con attività duale. Abbiamo poi sintetizzato un nuovo ibrido retinoide-betalattame che ha indotto differenziazione si cellule di neuroblastoma. Abbiamo poi sfruttato la reazione di aperture dell’anello monobattamico tramite enzimi idrolitici, con lo scopo di ottenere β-amminoacidi chirali desimmetrizzati come il monoestere dell’acido β–amminoglutammico. Per quando riguarda gli α-amminonitrili, è stato sviluppato un protocollo di Strecker. Le reazioni sono state molto efficienti utilizzando come fonte di cianuro l’acetone cianidrina in acqua, utilizzando differenti aldeidi e chetoni, ammine primarie e secondarie. Per mettere a punto una versione asimmetrica del protocollo, abbiamo usato ammine chirali con lo scopo di ottenere nuovi α-amminonitrili chirali.

Modulating bioreductive drug activity with antivascular agents

Modulation of tumor hypoxia to increase bioreductive drug antitumor activity was investigated. The antivascular agent 5,6-dimethylxanthenone acetic acid (DMXAA) was used in combination studies with the bioreductive drugs Tirapazamine (TPZ) and Mitomycin C (MMC). Blood perfusion studies with DMXAA showed a maximal reduction of 66% in tumor blood flow 4 hours post drug administration. This tumor specific decrease in perfusion was also found to be dose-dependent, with 25 and 30 mg/kg DMXAA yielding greater than 50% reduction in tumor blood flow. Increases in antitumor activity with combination therapy (bioreductive drugs $+$ DMXAA) were significant over individual therapies, suggesting an increased activity due to increased hypoxia induced by DMXAA. Combination studies yielded the following significant tumor growth delays over control: MMC (5mg/kg) $+$ DMXAA (25mg/kg) = 20 days, MMC (2.5mg/kg) $+$ DMXAA (25 mg/kg) = 8 days, TPZ (21.4mg/kg) $+$ DMXAA (17.5mg/kg) = 4 days. The mechanism of interaction of these drugs was investigated by measuring metabolite production and DNA damage. 'Real time' microdialysis studies indicated maximal metabolite production at 20-30 minutes post injection for individual and combination therapies. DNA double strand breaks induced by TPZ $\pm$ DMXAA (20 minutes post injection) were analyzed by pulsed field gel electrophoresis (PFGE). Southern blot analyses and quantification showed TPZ induced DNA double strand breaks, but this effect was not evident in combination studies with DMXAA. Based on these data, combination studies of TPZ $+$ DMXAA showed increased antitumor activity over individual drug therapies. The mechanism of this increased activity, however, does not appear to be due to an increase in TPZ bioreduction at this time point. ^

Biogeochemistry and microbiology of groundwater during acetate and bicarbonate amendment to an alluvial aquifer

These data are from a field experiment conducted in a shallow alluvial aquifer along the Colorado River in Rifle, Colorado, USA. In this experiment, bicarbonate-promoted uranium desorption and acetate amendment were combined and compared to an acetate amendment-only experiment in the same experimental plot. Data include names and location data for boreholes, geochemical data for all the boreholes between June 1, 2010 and January 1, 2011, microarray data provided as signal to noise ratio (SNR) for individual microarray probes, microarray data provided as signal to noise ratio (SNR) by Genus.

Imobilização do fungo Penicillium citrinum CBMAI 1186 e lipase de Pseudomonas fluorescens em biopolímeros para aplicações em biocatálise

Diversos biomateriais podem ser aplicados como suportes na imobilização de células totais de fungos filamentosos ou enzimas isoladas, visando a manutenção e o prolongamento da atividade enzimática em processos biocatalíticos. Exemplos promissores de biomateriais são a fibroína da seda e o alginato de sódio. A fibroína é um material protéico com alta estabilidade térmica, elasticidade, resistência à tensão, não sofre ataque microbiano, baixo custo de purificação e alta tenacidade, o alginato é um biopolímero versátil, devido a suas propriedades gelificantes em soluções aquosas. Assim, neste trabalho empregou-se micélios do fungo derivado de ambiente marinho, Penicillium citrinum CBMAI 1186, livres e imobilizados em biopolímeros (fibra de algodão, fibra de fibroína da seda e fibra de paina) na biorredução quimiosseletiva, regiosseletiva e enantiosseletiva da ligação α,β-C=C de enonas α,β-, α,β,γ,δ- e di-α,β-insaturadas previamente sintetizados pela a reação de condensação aldólica. Foi possível a utilização do fungo P. citrinum CBMAI 1186 na redução quimiosseletiva, regiosseletiva e enantiosseletiva da ligação dupla carbono-carbono de sistemas α,β-insaturados. A imobilização do fungo P. citrinum CBMAI 1186 em biopolímeros (algodão, fibroína da seda, paina e quitosana) permitiu a prolongamento da atividade celular do fungo. O protocolo desenvolvido foi capaz de obter compostos até então descritos apenas por síntese clássica. Também foi realizado reações de resolução enzimática de derivados de haloidrinas por diferentes lipases microbianas de: Pseudomonas fluorescens, Candida cylindracea, Rhizopus niveus e Aspergillus niger. A lipase de P. fluorescens foi imobilizada em esferas de fibroína do bicho da seda (método 1, via adsorção) e em blenda com alginato de cálcio (método 2, via encapsulação) em diferentes condições, tais como, variação de solvente, variação da quantidade de enzima imobilizada e tempo de reação. As condições otimizadas foram empregadas em diferentes haloidrinas, rendendo elevados excessos enantioméricos (ee > 99%) e alta razão enanantiomérica (E > 200) para os produtos acetilados. Foi possível desenvolver um protocolo simples, barato e prático para a síntese enantiosseletiva de haloidrina reforçando a versatilidade da fibroína e do alginato como suportes de imobilização para catalisadores heterogêneos. Também foi possível utilizar a lipase imobilizada (método 2) na reação de transesterificação para obtenção do biodiesel etílico. As melhores condições para o bom funcionamento do biocatalisador foram: 30% do biocatalisador, 20% de n-hexano, relação óleo e etanol de 1:4 a 32 ºC por 48 h em agitação magnética (400 rpm). Essas condições permitiram a formação de 42% de rendimento do biodiesel etílico. O biocatalisador apresentou algumas limitações reacionais, tais como, fragilidade frente a elevadas temperaturas (> 32 ºC) e prolongado tempo de agitação magnética. Porém, permaneceu apto no meio por 4 ciclos consecutivas. Conclui-se que os biomateriais (fibroína, alginato e quitosana) podem ser utilizados como alternativas versáteis na imobilização de micélios de fungos filamentoso e de enzimas isoladas para aplicações em biocatalíticas.