Preparazioni estrattive e sintetiche dei farmaci

IDROLASI

Le idrolasi sono la classe di enzimi più usata a livello industriale che lavorano senza cofattori. Sono enzimi degradativi che catalizzano reazioni cataboliche dove l'acqua interviene direttamente nel meccanismo di reazione. L'acqua è il reagente ma anche il solvente, quindi sono reazioni termodinamicamente favorite. Rompono il legame covalente tra un carbonio e un eteroatomo (O,P, N, S). Tendono a degradare polimeri. Le idrolasi, quindi, catalizzano l'idrolisi degli esteri o delle ammidi negli acidi corrispondenti e alcoli (o ammine) attraverso la formazione dell'acil-enzima intermedio. Se voglio spostare l'equilibrio verso sx, quindi riformare il legame, nel sistema non deve essere presente acqua. È possibile farlo sostituendo l'acqua con un solvente organico e spesso addiziono setacci molecolari in grado di assorbire acqua, che si libera quando si forma il legame estere, quindi si accumula e idrolizzerebbe di nuovo l'estere.Altrimenti devo usare un transesterificante per evitare la formazione di acqua. L'idrolisi (e anche la reazione opposta) avviene tramite catalisi acido-base per rendere l'acqua un buon nucleofilo che permetta la rottura del legame estereo. I gruppi funzionali degli aa si comportano da acidi/basi per rendere l'acqua un buon nucleofilo. Gli enzimi in grado di rompere legame estere sono le LIPASI e le ESTERASI. Sono il tipo di idrolasi più usate (anche per ottenere molecole chirali). Molte lavorano meglio in presenza di cofattori metallici. ESTERASI Definizione: Enzimi che catalizzano l'idrolisi di composti esteri. Appartengono a un sottogruppo di esterasi e catalizzano l'idrolisi di lipidi. - Idrolisi degli acidi grassi: Acidi grassi a catena corta (di meno), Acidi grassi a catena lunga (di più) - Aminoacidi idrofobici: Di meno, Di più - Substrati specifici: Alta, Bassa - Stereospecificità: Alta, Bassa - Solubilità: Solubili in acqua, insolubili o Insolubili in acquamoltoparzialmente solubili in solubili in solventi organici.
solventi organici.
Le esterasi seguono la cinetica Michaelis-Menten, le lipasi seguono un andamento sigmoidale, cioè finché non è raggiunta una certa concentrazione di substrato, l'enzima non è attivo. Quando lo è attivo, la curva torna confrontabile con la Michaelis-Menten. Questo è dato dal fatto che le lipasi lavorano bene nell'interfaccia acqua/fase idrofobica (il substrato è idrofobico, rappresentato da acidi grassi a lunga catena). Lavorano bene qui per la loro struttura: hanno un elevata % di aaidrofobici. Questa porzione della proteina è una sorta di cappuccio, che protegge il sito catalitico e finché non si forma questa interfaccia non si apre il cappuccio e il substrato non ha accesso al sito catalitico. Si forma l'interfaccia solo aumentando la concentrazione di substrato.
Commercialmente sono disponibili più lipasi. Ecco alcuni esempi diutilizzo industriale:

Sintesi Ibuprofene

L'ibuprofene è un importante antiinfiammatorio non steroideo. In vitro l'attività dell'enantiomero S è 100 volte superiore. Per la sintesi si usa come enzima la triacilglicerol acilidrolasi, un'idrolasida lievito. Ha stabilità elevata e tempo di dimezzamento = 30 gg. È in grado di idrolizzare selettivamente uno dei due enantiomeri dell'ibuprofene: agisce sull'enantiomero S e si ottiene, mediante risoluzione, l'enantiomero S sotto forma di acido libero mentre l'enantiomero R resta come estere. Ottengo il 50% rispetto a ciò che ho messo come reagenti. L'ideale sarebbe riuscire a racemizzare l'estere libero e ripetere.

L'ibuprofene determina dei fenomeni di inibizione da prodotto nei confronti dell'enzima del lievito: ciò viene risolto lavorando a pH intorno a 5 (basso range di pH della lipasi) nella fase acquosa, in cui

l'ibuprofene è poco solubile quindi c'è una minor inibizione dell'enzima. Un altro problema è la solubilità del substrato (metossietilestere) che è scarsamente solubile in acqua, quindi è stato necessario allestire un sistema in cui sono presenti due solventi di reazione: uno organico in cui si solubilizza l'estere e una fase acquosa a pH 5 che permette di ridurre i fenomeni di inibizione. Si usa HOLLOW FIBRE: viene quindi usato un mezzo multifase con 2 fasi liquide (una organica e una acquosa) e una solida che immobilizza l'enzima all'interno delle fibre del filtro (immobilizzazione non di tipo covalente, ma viene intrappolato) per poter riutilizzare il catalizzatore e allestire un processo in continuo. All'interno di reattori cilindrici troviamo impaccate delle membrane a fibre cave al cui esterno e interno del lume circolano solventi differenti. Si pompa il metossietilestere-ibuprofene sciolto in solvente organico,

dove è solubile,all'esterno delle fibre, mentre all'interno della fibra cava è immessa acqua acida per evitareinibizione. A pH acidi, inoltre, l'ibuprofene risulta non dissociato, tende a ripartirsi in solventeorganico, dove trovo anche l'estere. In fase acquosa invece trovo l'alcol. L'acido viene immesso inuna nuova hollow fibre dove però l'acqua è basica. Una volta fatte queste operazioni, il prodottoviene recuperato attraverso distillazione ed estrazione. La reazione ha una resa del 96%.Sintesi di 6-APA (amminopenicillanico)La reazione consiste nell'eliminazione della catena laterale dalla penicillina. Bisogna però creare unambiente fortemente acido che causerebbe la rottura dell'anello β-lattamico e quindi la perditadell'attività della molecola. Quindi è necessario svolgere la reazione a temperature molto basse (-40°C): per questo la reazione è molto.

costosa. Si ricorre quindi alla Penicillina Acilasi di Escherichia coli che consente di idrolizzare il legame ammidico senza che si abbia l'apertura dell'anello β-lattamico perché si lavora in condizioni blande. La reazione avviene a una temperatura di 35°C, in acqua e con pH circa 7, prossimo alla neutralità. L'enzima subisce ricombinazione omologa, sotto controllo di un promotore forte, viene purificato, immobilizzato e poi inserito in un reattore che svolge un processo in continuo. L'enzima immobilizzato è messo all'interno di colonne, viene pompato il substrato e si fa in modo che permanga un tempo sufficiente per avere l'idrolisi totale, in modo da avere all'uscita della colonna il 6-APA. Entra penicillina g ed esce 6-APA. Il riutilizzo dell'enzima è per 6 mesi, dopo dovrà essere riprodotto e immobilizzato. Concentrazione pen g 100 g/l perché l'enzima è stabile al

substrato.400-450 g/L prodotti al giorno, alta efficienza. La reazione ha una resa del 95%.
Sintesi 7-ACA (amminocefalosporanico) Molto simile è la preparazione del 7-ACA dalle cefalosporine che avviene in 2 fasi ma è molto costosa e tecnicamente impegnativa. Inoltre, non è nota alcuna Cefalosporina acilasi quindi non è possibile svolgere questa reazione direttamente. Gli enzimi coinvolti sono quindi 2: amminoacido ossidasi e glutaril ammidasi. Questi vengono immobilizzati, poi si utilizzano 2 reattori. In questo caso la resa di reazione è del 95%. La concentrazione del substrato è nettamente inferiore e anche l'efficienza. La scienza ci ha permesso di ottenere una glutaril ammidasi più efficiente, trasformandola in una sorta di cefalosporina acilasi. Innanzitutto, sono state sintetizzate delle mutagenesi sito catalitico-specifiche: per esempio è stato possibile modificare il sito di azione così che accettasse

L'acidoamminoadipico che prima non veniva accettato per il forte ingombro sterico. Non è ancora impiegata a livello industriale, ma potrebbe a breve.

OSSIDOREDUTTASI

Comprendono le DEIDROGENASI: sono importanti le carbonil reduttasi che riducono il carbonile agruppo alcolico. Sono NAD o NADP dipendenti. Se uso enzimi isolati mi serve un metodo per ricircolare il cofattore perché è costoso. Posso farlo in 2 modi:

• Substrato ausiliario. Contemporaneamente si trasforma un altro substrato per ridurre di nuovo NAD o NADP. Questo metodo può dare problemi perché si crea competizione tra substrati.
• Usare 2 deidrogenasi, una che riduce il substrato, e una che ossida un substrato per avere ricircolo del cofattore. Spesso si usa la glucosio deidrogenasi, che ossida il glucosio aggiunto e ottengo di nuovo NADH.

Sono NAD dipendenti, è il NAD che trasferisce l'idruro e permette la riduzione del carbonile.

Esistono deidrogenasi (maggioranza) che seguono

La regola di Prelog, ad esempio quelle di Saccaromyces Cerevisiae. Tale regola dice che se la posizione del gruppo R più ingombrante è sopra al piano e il gruppo meno ingombrante sotto il piano, allora l'idruro entra dall'alto e ottengo l'alcol in configurazione S. Posso già prevedere se avrò l'alcol S o R.

FLOW CHEMISTRY è un approccio sintetico diverso da quello tradizionale (in batch) e viene utilizzato per: sintesi di piccole molecole in soluzione o in fase eterogenea; sintesi in più step di molecole complesse; combinazione con le microonde; reazioni eterogenee (gas-liquido, solido-liquido); reazioni scale-up.

Dal 1773, anno in cui Lavoisier dà avvio alla nascita della chimica moderna, la chimica ha fatto enormi progressi per costruire molecole sempre più complesse e determinare nuovi metodi. Però i progressi in ambito teorico e analitico non sono stati accompagnati negli anni dall'evoluzione

risolta utilizzando solventi in quantità eccessive, ma ciò comporta un aumento dei costi e della quantità di scarti prodotti;• La necessità di utilizzare reattori di grandi dimensioni per gestire volumi di reazione elevati, il che comporta costi aggiuntivi e problemi di gestione dei materiali. Per superare queste limitazioni, è necessario adottare nuove tecnologie di laboratorio che permettano di ridurre i tempi di lavoro, ottimizzare l'uso dei materiali e ridurre la produzione di scarti. Alcune delle tecnologie più promettenti includono l'utilizzo di reattori a flusso continuo anziché il tradizionale metodo batch, l'utilizzo di solventi alternativi e più sostenibili, come l'acqua o solventi verdi, e l'automazione dei processi di laboratorio per ridurre l'intervento umano e aumentare l'efficienza. L'adozione di queste nuove tecnologie può portare a numerosi vantaggi, tra cui una maggiore velocità di produzione, una riduzione dei costi e dell'impatto ambientale, e una maggiore sicurezza per gli operatori di laboratorio. Tuttavia, è importante valutare attentamente le implicazioni di queste tecnologie e considerare i potenziali rischi e benefici prima di implementarle su larga scala.

La formattazione del testo fornito utilizzando tag html è la seguente:

necessaria per creare un volume di lavoro o per controllare l'esotermia;

• Lo scale-up delle reazioni non è sempre una progressione lineare o una moltiplicazione disubs