Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3 дигідро-1Н-інденолів з урахуванням ефекту Кошланда
Енантіомерно чисті 2,3-дигідро-1H-індендіоли, що містять гідроксильну групу в ароматичному циклі, отримано з високими виходами за допомогою ферментативного кінетичного розділення відповідних рацематів. Оптимізацію процесу дерацемізації було досягнуто підбором біокаталізаторів, ацилювальних реаген...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2023
|
| Назва видання: | Доповіді НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192992 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3 дигідро-1Н-інденолів з урахуванням ефекту Кошланда / Д.В. Присяжнюк, А.О. Колодяжна, О.І. Колодяжний // Доповіді Національної академії наук України. — 2023. — № 1. — С. 64-73. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-192992 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1929922023-07-28T15:28:31Z Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3 дигідро-1Н-інденолів з урахуванням ефекту Кошланда Присяжнюк, Д.В. Колодяжна, А.О. Колодяжний, О.І. Хімія Енантіомерно чисті 2,3-дигідро-1H-індендіоли, що містять гідроксильну групу в ароматичному циклі, отримано з високими виходами за допомогою ферментативного кінетичного розділення відповідних рацематів. Оптимізацію процесу дерацемізації було досягнуто підбором біокаталізаторів, ацилювальних реагентів, розчинників, температури, а також введенням стерично об’ємних силільних замісників в ароматичне кільце. Введення об’ємних трет-бутил-диметилсилільних груп в ароматичне кільце призводить до підвищення ефективності дерацемізації та збільшення енантіомерної чистоти продуктів реакції. Для кінетичного розділення було застосовано як ферментативну переетерифікацію, так і ферментативний гідроліз відповідних ацетатів. У результаті отримано дигідроіндендіоли, що мають (S)- та (R)-абсолютну конфігурацію високої енантіомерної чистоти. Після процесу кінетичного розділення енантіомерна чистота продуктів досягала 99 % ее. Enantiomerically pure 2,3-dihydro-1H-indendiols containing a hydroxyl group in the aromatic ring were obtained in high yields by enzymatic kinetic resolution of the corresponding racemates. Optimization of the process of deracemization was achieved by selecting biocatalysts, acylating reagents, solvents, and temperature, as well as the introduction of sterically bulky silyl substituents into the aromatic ring. The introduction of bulky tert-butyldimethylsilyl groups into the aromatic ring leads to an increase in the efficiency of deracemization and an increase in the ee of reaction products. For kinetic separation, both enzymatic transesterification and enzymatic hydrolysis of the corresponding acetates were used. As a result, dihydroindenediols with (S)- and (R)-absolute configurations of high enantiomeric purity were obtained. After the process of kinetic resolution, the enantiomeric purity of the products attained 99 % ee. 2023 Article Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3 дигідро-1Н-інденолів з урахуванням ефекту Кошланда / Д.В. Присяжнюк, А.О. Колодяжна, О.І. Колодяжний // Доповіді Національної академії наук України. — 2023. — № 1. — С. 64-73. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2023.01.064 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192992 547.783 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Хімія Хімія |
| spellingShingle |
Хімія Хімія Присяжнюк, Д.В. Колодяжна, А.О. Колодяжний, О.І. Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3 дигідро-1Н-інденолів з урахуванням ефекту Кошланда Доповіді НАН України |
| description |
Енантіомерно чисті 2,3-дигідро-1H-індендіоли, що містять гідроксильну групу в ароматичному циклі,
отримано з високими виходами за допомогою ферментативного кінетичного розділення відповідних
рацематів. Оптимізацію процесу дерацемізації було досягнуто підбором біокаталізаторів, ацилювальних
реагентів, розчинників, температури, а також введенням стерично об’ємних силільних замісників в ароматичне кільце. Введення об’ємних трет-бутил-диметилсилільних груп в ароматичне кільце призводить
до підвищення ефективності дерацемізації та збільшення енантіомерної чистоти продуктів реакції. Для
кінетичного розділення було застосовано як ферментативну переетерифікацію, так і ферментативний
гідроліз відповідних ацетатів. У результаті отримано дигідроіндендіоли, що мають (S)- та (R)-абсолютну
конфігурацію високої енантіомерної чистоти. Після процесу кінетичного розділення енантіомерна чистота продуктів досягала 99 % ее. |
| format |
Article |
| author |
Присяжнюк, Д.В. Колодяжна, А.О. Колодяжний, О.І. |
| author_facet |
Присяжнюк, Д.В. Колодяжна, А.О. Колодяжний, О.І. |
| author_sort |
Присяжнюк, Д.В. |
| title |
Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3 дигідро-1Н-інденолів з урахуванням ефекту Кошланда |
| title_short |
Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3 дигідро-1Н-інденолів з урахуванням ефекту Кошланда |
| title_full |
Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3 дигідро-1Н-інденолів з урахуванням ефекту Кошланда |
| title_fullStr |
Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3 дигідро-1Н-інденолів з урахуванням ефекту Кошланда |
| title_full_unstemmed |
Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3 дигідро-1Н-інденолів з урахуванням ефекту Кошланда |
| title_sort |
вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3 дигідро-1н-інденолів з урахуванням ефекту кошланда |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2023 |
| topic_facet |
Хімія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192992 |
| citation_txt |
Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3 дигідро-1Н-інденолів з урахуванням ефекту Кошланда / Д.В. Присяжнюк, А.О. Колодяжна, О.І. Колодяжний // Доповіді Національної академії наук України. — 2023. — № 1. — С. 64-73. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT prisâžnûkdv vplivsteričnihfaktorívnafermentativnerozdílennâ23digídro1níndenolívzurahuvannâmefektukošlanda AT kolodâžnaao vplivsteričnihfaktorívnafermentativnerozdílennâ23digídro1níndenolívzurahuvannâmefektukošlanda AT kolodâžnijoí vplivsteričnihfaktorívnafermentativnerozdílennâ23digídro1níndenolívzurahuvannâmefektukošlanda |
| first_indexed |
2025-07-16T18:54:02Z |
| last_indexed |
2025-07-16T18:54:02Z |
| _version_ |
1837830812569960448 |
| fulltext |
64 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 1: 64—73
ХІМІЯ
CHEMISTRY
Ц и т у в а н н я: Присяжнюк Д.В., Колодяжна А. О., Колодяжний О.І. Вплив стеричних факторів на фер-
ментативне розділення 2,3-дигідро-1Н-інденолів з урахуванням ефекту Кошланда. Допов. Нац. акад. наук
Укр. 2023. № 1. С. 64—73. https://doi.org/10.15407/dopovidi2023.01.064
© Видавець ВД «Академперіодика» НАН України, 2023. Стаття опублікована за умовами відкритого
доступу за ліцензією CC BY-NC-ND (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)
https://doi.org/10.15407/dopovidi2023.01.064
УДК 547.783
Д.В. Присяжнюк, https://orcid.org/0000-0003-3286-4316
А.О. Колодяжна, https://orcid.org/0000-0002-7990-7830
O.I. Колодяжний, https://orcid.org/0000-0002-7693-5369
Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України ім. В.П. Кухаря, Київ
E-mail: oikol123@bpci.kiev.ua
Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення
2,3-дигідро-1Н-інденолів з урахуванням ефекту Кошланда
Представлено членом-кореспондентом НАН України О.І. Колодяжним
Енантіомерно чисті 2,3-дигідро-1H-індендіоли, що містять гідроксильну групу в ароматичному циклі,
отримано з високими виходами за допомогою ферментативного кінетичного розділення відповідних
рацематів. Оптимізацію процесу дерацемізації було досягнуто підбором біокаталізаторів, ацилювальних
реагентів, розчинників, температури, а також введенням стерично об’ємних силільних замісників в аро-
матичне кільце. Введення об’ємних трет-бутил-диметилсилільних груп в ароматичне кільце призводить
до підвищення ефективності дерацемізації та збільшення енантіомерної чистоти продуктів реакції. Для
кінетичного розділення було застосовано як ферментативну переетерифікацію, так і ферментативний
гідроліз відповідних ацетатів. У результаті отримано дигідроіндендіоли, що мають (S)- та (R)-абсолютну
конфігурацію високої енантіомерної чистоти. Після процесу кінетичного розділення енантіомерна чистота
продуктів досягала 99 % ее.
Ключові слова: 2,3-дигідро-1Н-індендіоли, силільовані дигідроіндендіоли, ферментативне розділення,
Burkholderia cepacia lipase, модель Кошланда.
Оптично активні дигідроіндендіоли є компонентами різних біологічно активних сполук. Вони
становлять інтерес як синтетичні блоки для створення фармацевтичних препаратів, інсектици-
дів, пептидних нуклеїнових кислот та біорегуляторів. Наприклад, на їх основі створено інди-
навір — пероральний препарат, який використовується для лікування інфекції вірусу імуноде-
фіциту людини [1—5]. Іншим важливим фармацевтичним продуктом, розробленим на основі
дигідроінденолів, є ладостигіл — засіб для лікування хвороби Альцгеймера та Паркінсона, що
може уповільнити розвиток клінічних ознак протягом відносно короткого періоду часу [6—8].
Оскільки хіральні похідні індендіолів привертають неабияку увагу багатьох хіміків,
були розроблені різні підходи до їх одержання. Деякі хіральні похідні 2,3-дигідроінденолів
65ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 1
Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3-дигідро-1Н-інденолів...
виробляються в промисловості. Наприклад, у промисловому способі отримання хірального
синтетичного блока індинавіру — (1S,2R)-цис-аміноінданолу використовують бактеріальні
клітини Rhodoccocus sp. Живі клітини Rhodococcus sp. здатні каталізувати біоконверсію ін-
дену в хіральні цис- та транс-індандіоли [5].
У хімічній літературі інформація про синтез заміщених в ароматичному кільці дигі-
дроінденолів вкрай обмежена, хоча синтезу та властивостям цих сполук присвячено низку
патентів. Нам вдалося знайти одну роботу японських авторів, у якій згадуються рацема-
тичні похідні індандіолу [9]. Раніше було описано окисне кінетичне розділення рацемічних
2,3-дигідроіндендіолів з використанням ацетону як акцептора водню в присутності мета-
лоорганічного каталізатора — RuCI2-(PPh3) (фероценілоксазолідинфосфіну)] [10]. Недо-
ліком цього методу є необхідність використання важкодоступного та дорогого рутенієвого
каталізатора, а також низькі виходи і недостатня енантіомерна чистота продуктів. До того
ж цей метод здійснювався лише в міліграмових кількостях вихідних реагентів. В іншому
способі отримання похідних 1-інденолу застосовували каталітичне гідрування інденонів
з використанням оптично активного каталізатора Ru-PEG-BsDPEN [11] або каталізатора
RuCI[(1S,2S)-p-тозил-N-CH(C6H5)CH(C6H5)NH2 ](6-пара-цимол)/Bu4NBr [12]. Вивчено
асиметричне гідроксилювання ОН- та NH2-заміщених інденолів етилбензолдегідрогеназою
[13]. Було запропоновано розділення рацемічних сумішей інденолів за допомогою препара-
тивної хроматографії [6].
Ми для кінетичного розділення рацемічних дигідро-1-інденолів застосовували фер-
ментативну переетерифікацію вінілацетатом у присутності різних біокаталізаторів [12].
Альтернативним методом розділення рацемічних сумішей на енантіомери 2,3-дигідро-1Н-
інденолів є ферментативний гідроліз рацемічних ацетатів дигідро-1Н-інденолу в буферно-
му розчині з постійним pH 7,2 у присутності ліпази Candida antarctica B в ароматичному
кільці дигідро-1-індендіолів з високими виходами та високою хімічною чистотою.
Синтез рацемічних дигідро-1-індендіолів показаний на схемі 1. З використанням дигі-
дроінденонів 2a—d були отримані рацемічні галогендигідроінденоли 3a—d. Для цього від-
новлювали дигідроінден-1-они з незначним надлишком боргідриду натрію в метанолі спо-
чатку при охолодженні до 0 °C, а потім при кімнатній температурі. Реакцію завершували
коротким кип’ятінням реакційної суміші із зворотним холодильником. У результаті були
отримані силільовані 2,3-дигідроіндендіоли 3a—d у вигляді безбарвних кристалічних речо-
вин з гарними виходами.
t-BuMe2SiCl/
імідазол
2,3-Дигідро-1H-інден-1-ол
NaBH4/
MeOH
X=OR
O
X = 4-OR (a), 5-OR (b), 6-OR (c), 7-OR(d)
R = H, SiMe2Bu-t
1a–d 3a–d
HOO
OSiMe2Bu-t OSiMe2Bu-t
2a–d
OH
Схема 1
66 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 1
Д.В. Присяжнюк, А.О. Колодяжна, О.І. Колодяжний
Рацемічні 2,3-дигідро-1Н-індендіоли розділяли на енантіомери за допомогою ка-
талізованої ліпази переетерифікації вінілацетатом або ізопропенілацетатом у діізопро-
піловому ефірі в присутності ліпази Burkholderia cepacia (BCL). У цьому випадку (S)-
дигідроіндендіоли 3 виділяли з виходом 45 % при 100 % ее (енантіомерний надлишок) і (R)-
2,3-дигідроінденілацетати (+)-4 отримували з виходом 40 % при 93 % ее після колонкової
хроматографії із сумарним виходом реакції 85 % (схема 2).
RO
Ліпаза
OH O
O
(R)-3a–d OHOH
rac-3a–d
RO
O O
(S)-3a–d (R)-4a–d
+
RORO
Схема 2
Розділення 2,3-дигідро-1Н-індендіолів відбувалося з високими виходами та гарною
оптичною чистотою. Виявилося несподіваним, що дигідро-1-індендіол, заміщений у бен-
зольному кільці, регіоселективно ацилюється лише за гідроксильною групою, розташова-
ною у циклопентановому кільці, і не ацилюється за фенольною ОН-групою.
Нами виявлено, що введення трет-бутилдиметилсилільної групи в ароматичне кільце
підвищувало ефективність розділення рацематів на енантіомер. На підставі цього можна
зробити висновок, що збільшення об’єму одного з двох замісників, приєднаних до вторин-
ного спирту, сприяє більш стереоселективному укладанню субстрату в активному центрі
ферменту. Як відомо активний центр ліпази містить дві порожнини, в яких знаходиться
вторинний спирт відповідно до розмірів замісників. Згідно з теорією Кошланда (“модель
індукованого субстрату”), мається на увазі гнучкість активного центру реакції дерацемі-
зації. Приєднання субстрату до активного центру ферменту спричиняє зміну конфігура-
ції каталітичного центру, у результаті його форма збігається з формою субстрату(“рука-
рукавичка”). Якщо це перетворення сприяє кращій комплементарності субстрату та ак-
тивного центру, то зростає швидкість реакції, тобто забезпечується значний каталітичний
ефект. Завдяки їхньому взаємному впливу, коли субстрат наближається до активного
центру ферменту, структури обох молекул, що реагують, трансформуються. В результаті
полярні взаємодії різних частин білка посилюються і фермент стає жорсткішим у конфор-
маційному відношенні. Виявлено, що трет-бутилметиловий ефір (МТБЕ) як розчинник,
Burkholderia cepacia як біокаталізатор і температура 35 °C є оптимальними умовами для
кінетичного розділення дигідроіндендіолів. У цьому випадку завершення реакції при 50 %
конверсії забезпечувало плавну і однозначну реакцію між реагентами з утворенням тільки
(R)-енантіомеру гідрокси-2,3-дигідро-1Н-інден-1-іл ацетату. У результаті отримано (S)-
дигідроіндендіол, який не прореагував, і (R)-дигідроінденілацетат, що забезпечило розді-
лення стереоізомерів рацемічної суміші з високим хімічним виходом та високою оптич-
ною чистотою (схема 3).
67ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 1
Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3-дигідро-1Н-інденолів...
імідазол
HO
HO
t-BuMe2SiCl
88 % ee 82 % ee
O O
rac-3a–d
HO
OH
HO
OH
(S) (S)
(S)-3a–d
87 % ee
OH
(S)
(S)-3a–d
OH
O
(R)
(R)-3a–d
O O
+
rac-5a–d
O
OSiMe2Bu-t
HO HO
OH
(S)
(S)-5a–d, 96 % ee
O
(R)
(R)-3a–d, 92 % ee
+
O
OSiMe2Bu-t HO
OH
(R)
(R)-3a–d
82 % ee
HO
OH
(S)-3
99 % ee
(кристалізація)
(R)-3
98 % ee
(кристалізація)
OH
(R)
Схема 3
За подальшого гідролізу (R)-дигідроінденілацетатів утворюється дигідроіндендіол
(R)-конфігурації. Таким чином, можна отримати як (S)-, так і (R)-енантіомери інденолу.
Відомо, що зміна розчинника у багатьох випадках кінетичного ферментативного розді-
лення може впливати на енантіомерну або енантіотопну селективність, а також швидкість
реакції. Тому метою подальшого дослідження було визначення найефективнішого роз-
чинника у цій системі. Ми протестували ряд розчинників (таблиця): діізопропіловий ефір
(DIPЕ), дибутиловий ефір (DBE), метил-трет-бутилефір (MTBE) та толуол. Найкращі
результати показав МТВЕ. Якщо як розчинник використовували МТВЕ, енантіомерний
надлишок (+)-3 становив 96 % ее (вихід 45 %), а (-)-4 — 92 % ее (вихід 48 %). Толуол також
застосовується для цього розділення, хоча й менш ефективно.
Реакцію кінетичного ферментативного гідролізу гідрокси-2,3-дигідро-1H-інден-1-іл
ацетату проводили у двофазній системі з буферним розчином, pH 7,2, у середовищі МТВЕ
у присутності біокаталізатора CALB при 45 °C. Реакція завершувалася з досягненням кон-
версії 50 %. У результаті отримані (R)-енантіомер інденолу і (S)-інденолацетат, що не про-
реагував. Методика забезпечувала розділення стереоізомерів рацемічної суміші з високим
68 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 1
Д.В. Присяжнюк, А.О. Колодяжна, О.І. Колодяжний
хімічним виходом і високою оптичною чистотою. За подальшого гідролізу (S)-5-гідрокси-
2,3-дигідро-1H-інден-1-іл ацетату, що не прореагував, утворювався енантіомерно чистий
(S)-інденол (cхема 4). Оскільки Novozym 435® (іммобілізована ліпаза Candida antarctica)
має термостійкі властивості, ми дослідили вплив температури реакції на енантіомерний
надлишок продукту в тих самих умовах з використанням МТВЕ як розчинника. Зниження
температури реакції до 30 °C не мало помітного впливу на енантіоселективність або швид-
кість реакції. Водночас з підвищенням температури до 60 °C швидкість реакції помітно
збільшувалася, хоча без збільшення ефективності розділення.
Оскільки повторне використання відновленого ферменту є найважливішою проблемою,
яку необхідно вирішити до створення промислового процесу, було досліджено вплив кіль-
кості повторних циклів на ефективність розділення. Встановлено, що ліпазу можна викорис-
товувати до трьох циклів без помітного зниження ефективності розділення. В оптимальних
умовах (обробка Novozym 435® і дибутиловим ефіром протягом 20—30 год при 30—40 °C)
(±)-4 перетворюється на (1S)-3 (вихід: 47 %, 94 % ее) та (R)-4 (вихід: 49 %, 92 % ее) відповід-
но (див. cхему 2). Розроблена методологія забезпечує легкий доступ як до (S)-, так і до (R)-
енантіомерів індено-галогенгідринів з високою оптичною чистотою. Використовуючи ліпазу
Burkholderia cepacia та вінілацетат, ми розділили індандіол на енантіомер, який є ключовим
проміжним продуктом у синтезі ладостигілу. Ці сполуки легко перетворюються на аміно-
інденоли шляхом взаємодії з ацетонітрилом в умовах реакції Ріттера, даючи енантіомерно
чистий (1S, 2R)-цис-1-аміноіндан-2-ол [14].
Індандіоли — безбарвні кристалічні речовини, структура та хімічна чистота яких під-
тверджені спектрами ЯМР. Оптичну чистоту встановлювали шляхом дериватизації кис-
лотою Мошера, а також аналізу хіральної ВЕРХ з хіральною хроматографічною колонкою
Chiralpak OD-3 (гексан : IPA : MeOH = 95 : 2,5 : 2,5), швидкість потоку 0,6 мл/хв, = 210 нм).
Після перекристалізації чистота синтезованих броміндинданолів становила 99 % ее (див.
схему 4).
Вплив природи розчинника і температури на розділення(±)-3a
Розчинник
Конверсія,
%
Температура,
°С
Спирт (+)-3 Ацетат (-)-4
Вихід, % ee ,% Вихід, % еe, %
DIPE 55 25 34 94 63 52
DIPE 50 35 42 92 57 66
DBE 50 25 32 93 67 87
DBE 45 45 44 92 43 96
MTBE 55 25 45 96 48 92
MTBE 50 35 44 92 55 93
Толуол 55 45 39 97 52 76
Примітка. 10 ммоль (2,55 г) (±)-2, 10 ммоль (1,00 г) циклогексанолу, 50 мл розчинника, 2,0 г ліпази
(Novozim 435®), 40 °С. DIPE — діізопропіловий ефір; DBE — дибутиловий ефір; MTBE — метил-трет-
бутиловий ефір.
69ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 1
Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3-дигідро-1Н-інденолів...
OHOH OHOH
(R)
OH
(S)
(S)
OH
(R)
OH
OH OH
(S)
OH
(R)
OH
(S)
OH
(R)
OH
HO HO
(S)
OH
(R)
(R)
OH
OSiMe2Bu-t
OSiMe2Bu-t
OSiMe2Bu-t OSiMe2Bu-t
OSiMe2Bu-t
OSiMe2Bu-t
(S)-3a
(S)-3d (S)-3d
(S)-5c (S)-3c
(S)-3a(R)-3a
(R)-3d (R)-3d
(R)-5c (R)-3c
(R)-3a
(S)
OH
Схема 4
Для визначення абсолютної стереохімії енантіомерно чистих продуктів застосували
правило Казлаускаса. Згідно з правилом Казлаускаса, ці замісники розташовані у двох різ-
них кишенях активного центру ферменту залежно від їх розміру, який визначає абсолютну
конфігурацію продуктів ферментативної реакції. Із застосуванням цього емпіричного пра-
вила було виявлено, що в результаті біокаталітичного ацилювання утворюються (R)-ефіри,
а (S)-галогенінданол залишається таким, що не прореагував.
Висновок. Запропонований біокаталізатор Burkholderia cepacia дає можливість отри-
мувати як оптичні енантіомери дигідро-1H-інденолів з високими виходами, так і дося-
гати високої енантіомерної чистоти в розчині метил-трет-бутилового ефіру при кім-
натній температурі та помірній кількості біокаталізатора. Введення об’ємної трет-
бутилдиметилсилілоксильної групи в ароматичний цикл спричиняє підвищення ефектив-
ності кінетичної дерацемізації 2,3-дигідроіндендіолів.
Експеримент. Спектри ЯМР 1Н та 13С записані в розчиннику CDCl3 на спектрометрі
500 МГц при температурі навколишнього середовища. Величини хімічного зсуву () ви-
ражені у мільйонних частках стосовно ТМС як внутрішнього стандарту. Кратність сигналів
показано як с (синглет), д (дублет), дд (дуплет дуплету), тд (трійка дублетів), т (триплет),
м (мультиплет), ш (широкий сигнал), кв (квартет). Константи спін-спінової взаємодії ( J)
вказані у герцах. Хіральний ВЕРХ-аналіз проводили в системі Agilent 1100, оснащеній
колонкою Chiralpak OD-3 або аналітичними колонками Chiracel (Chiral Technologies) зі
стаціонарною фазою на основі целюлози. Усі реагенти та розчинники використовували
без спеціального очищення. Колонкову хроматографію виконували на силікагелі 60 (70—
230 меш) з використанням зазначених елюентів. Оптичне обертання вимірювали на поля-
риметрі Perkin-Elmer 241 (лінія натрію D при 20 °C). Температури топлення не коригува-
70 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 1
Д.В. Присяжнюк, А.О. Колодяжна, О.І. Колодяжний
лися. Всі реакції проводили у скляному посуді, висушеному на вогні або в сушильній каме-
рі при перемішуванні на магнітній мішалці. Використовували ліпазу Burkholderia cepacia
(Amano PS) виробництва “Amano Pharmaceutical” (Японія). За ходом реакцій стежили за
допомогою аналітичної тонкошарової хроматографії (ТШХ) на пластинах силікагелю 60
F254 (“Merck”, Німеччина) і продукти візуалізували за допомогою анізальдегіду або УФ.
Чистоту всіх сполук перевіряли за допомогою ТШХ та ЯМР-вимірювань.
Ферментативна кінетична дерацемізація 2,3-дигідро-1Н-індендіолів.
Метод А. Ферментативне кінетичне розділення (+/–)-2,3-дигідро-1H-індендіолів
3a-d. До розчину (+/–)-2,3-дигідро-1Н-інден-1,4-діолу (0,01 моль) у МТВЕ (3 мл) додава-
ли ліпазу Burkholderia cepacia (0,2 г) та вінілацетат (10 мл ). Потім реакційну суміш пере-
мішували при 24 °С до 50 %-ї конверсії вихідного спирту, що тривало 18 год. Ацетилювання
продукту контролювали за допомогою ТШХ та ЯМР. Реакційну суміш фільтрували, ви-
парювали у вакуумі. Залишок очищали хроматографією на силікагелі, використовуючи як
елюент суміш гексан—етилацетат—етанол (95 : 53 : 1). Отримано (S)-2,3-дигідроінденол, що
не прореагував, і (R)-гідрокси-2,3-дигідро-1Н-інден-1-іл ацетат.
Метод В. Ферментативне кінетичне розділення (+/–)-трет-бутил ди метил си-
лілокси-2,3-дигідро-1H-інден-1-олів (4a-d). До розчину трет-бутилдиметилсилілокси-
2,3-дигідро-1H-інден-1-олу (10 г) у ТГФ (100 мл) додавали вінілацетат (30 мл) та ліпазу
Burkholderia cepacia (1 г). Суміш перемішували при 25 °С протягом 24 год. Перебіг реакції
контролювали за допомогою ЯМР-спектроскопії. Після проходження реакції на 50 % філь-
трували ліпазу і випарювали. Залишок після упарювання піддавали колонковій хромато-
графії. Спочатку сумішшю CH2Cl2-n-C6H14 1 : 10 елюювали ацетат, а потім чистим CH2Cl2
елюювали спирт, що не прореагував. У результаті отримали (R)-ацетат і (S)-спирт, що не
прореагував. Фракцію (S)-спирту, що не прореагував, розчиняли в сухому ТГФ (50 мл) і
додавали при 0 °С 1 М розчин тетрабутиламоній фториду (TBAF) в ТГФ (35 мл, 1,05 екв).
Перемішували при кімнатній температурі 15 год. Після цього розчин упарювали. Продукт
кристалізували у розчині гексан/МТВЕ (2 : 1). Отримали (S)-2,3-дигідро-1Н-індендіол з
виходом 45 %
(R)-2,3-Дигідро-1Н-інден-1,4- діол ((R )-3a). 1-Гідрокси-2,3-дигідро-1Н-інден-1-іл аце-
тат (~6 г), отриманий у попередньому експерименті, розчиняли в МТВЕ (100 мл) і додавали
фосфатний буфер (рН 7,25) (150 мл), а також Novozym 435 (0,75 г). Суміш перемішували при
кімнатній температурі. Перебіг реакції контролювали за допомогою ЯМР-спектроскопії. З
досягненням конверсії 90 % розчин фільтрували, відокремлювали органічний шар, сушили
над безводним сульфатом натрію, фільтрували та випаровували. Відокремлювали ацетат
від спирту за допомогою колонкової хроматографії (елюенти CH2Cl2—C6H11—1 : 10—100 %
CH2Cl2. Отримали (R)-спирт з виходом 44—46 %.
(S)-2,3-Дигідро-1Н-інден-1,4-діол ((S)-3a). Вихід 45 %, т. пл. 134 °С (толуол), [] = +37,1
(c, 0,8, CH3CN).
1Н ЯМР (DMSO-d6), , м. ч. ( J, Гц): 1,75—1,90 (м, 1H), 2,06—2,23 (м, 1H), 2,58—2,71 (м,
1H), 2,98 (дт, J = 15,7, 7,8 Гц, 1H ), 4,70 (ш, 1H), 5,09—5,22 (м, 1H), 6,56 (д, J = 7,9 Гц, 1H),
6,65 (д, J = 7,3 Гц, 1H), 7,01 (т, J = 7,6 Гц 1H), 9,06 (ш, 1H).
13C ЯМР (CDCl3), , м. ч.: 28,54, 37,63, 77,34, 116,08, 117,45, 129,89, 130,82, 150,81, 156,84.
Знайдено, %: С 71,45; Н 6,82. С9Н10О2. Розраховано, %: С 71,98; Н 6,71.
71ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 1
Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3-дигідро-1Н-інденолів...
(R)-2,3-Дигідро-1Н-інден-1,4-діол ((R)-3e). Вихід 42 %, т. пл. 135 °С, [] = –35,2 (c, 0,8,
CH3CN). 20[ ]Dα = –42,95 (С = 1, CDCl3) [12].
1Н ЯМР (CDCl3), , м. ч. ( J, Гц): 2,0 (м, 1Н, СН), 2,25 (с, 1Н, ОН), 2,5 (м, 1Н, СН), 2,75
(м, 1Н, СН), 3,0 (м, 1Н, СН), 4,8 (ш, 1Н, ОН), 5,25 (м, 1Н, СНОН), 6,75 (м, 1Н, Н = Ar), 7,05
(м, 1Н, Н = Ar), 7,2 (м, 1Н, Н = Ar).
13C ЯМР (CDCl3), , м. ч.: 28,54, 37,63, 77,34, 116,08, 117,45, 129,89, 130,82, 150,81, 156,84.
Знайдено, %: С 71,66; Н 6,92. С9Н10О2. Розраховано: С 71,98; Н 6,71.
(S)-2,3-Дигідро-1Н-інден-1,6-діол ((S)-3c). 25[ ]Dα = + 6,1 (c, 1,00, CH3CN), 98,8 % ee.
25[ ]Dα = = +7,36 (c, 0,734, CH3CN), 99,0 % ee (S) [10]. 25[ ]Dα = 6,1 (c, 1,0, CH3CN), 98,8 % ee (S).
1H ЯМР (DMSO-d6), , м. ч.: 9,10 (с, 1H), 6,97 (д, J = 8,0 Гц, 1H), 6,72 (д, J = 2,3 Гц, 1H),
6,58 (дд, J = 8,1, 2,4 Гц, 1H), 5,13 (д, J = 6,1 Гц, 1H), 4,93 (кв, J = 6,6 Гц, 1H), 2,75 (м, 1H), 2,56
(дт, J = 15,4, 7,9 Гц, 1H), 2,36—2,21 (м, 1H), 1,72 (м, J = 12,6, 8,3, 6,6 Гц, 1H).
13C ЯМР (DMSO-d6), , м. ч.: 28,5, 36,0, 74,6, 110,9, 114,6, 124,9, 132,5, 147,8, 156,1.
(R)-2,3-Дигідро-1Н-інден-1,6-діол ((R)-3c). Т. пл. 121 °С (толуол). Жовті кристали;
20[ ]Dα = –6,35 (C = 0,1, CH3CN).
1Н ЯМР (DMSO), , м. ч. ( J, Гц): 1,60—1,84 (м, 1H), 2,18—2,37 (м, 1H), 2,53—2,63 (м,
1H), 2,67—2,87 (м, 1H), 4,93 (кв, J = 6,3 Гц, 1H), 5,15 (д, J = 6,1 Гц, 1H), 6,58 (дд, J = 8,0, 1,8 Гц,
1H), 6,72 (с, 1H), 6,96 (д, J = 8,1 Гц, 1H), 9,13 (ш, 1H).
(S)-2,3-Дигідро-1Н-інден-1,7-діол ((S)-3d). Безбарвні кристали; 20[ ]Dα = +37,1 (c, 0,8,
CH3CN). 23[ ]Dα = +23,9 (c, 1,25, CHCl3), 95,0 % ee [12].
1Н ЯМР (DMSO-d6), , м. ч. ( J, Гц): 1,75—1,90 (м, 1H), 2,06—2,23 (м, 1H), 2,58—2,71 (м,
1H), 2,98 (дт, J = 15,7, 7,8 Гц, 1H), 4,70 (ш, 1H), 5,09—5,22 (м, 1H), 6,56 (д, J = 7,9 Гц, 1H), 6,65
(д, J = 7,3 Гц, 1H), 7,01 (т, J = 7,6 Гц, 1H), 9,06 (ш, 1 H). ЯМР відповідають даним [15]. 23[ ]Dα =
= +37,9 (c, 0,8, CH3CN), 95,0 % ee.
(R)-2,3-Дигідро-1Н-інден-1,7-діол ((R)-3d). [] = –35,2 (c, 0,8, CH3CN).
1Н ЯМР (DMSO-d6), , м. ч. ( J, Гц): 1,75—1,90 (м, 1H), 2,06—2,23 (м, 1H), 2,58—2,71 (м,
1H), 2,98 (дт, J = 15,7, 7,8 Гц, 1H), 4,70 (ш, 1H), 5,09—5,22 (м, 1H), 6,56 (д, J = 7,9 Гц, 1H), 6,65
(д, J = 7,3 Гц, 1H), 7,01 (т, J = 7,6 Гц, 1H), 9,06 (ш, 1 H).
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Shankar S.S., Dubé M.P., Gorski J.C., Klaunig J.E., SteinbergH.O. Indinavir impairs endothelial function in
healthy HIV-negative men. Am. Heart J. 2005. 150. p. 933. https://doi.org/10.1016/j.ahj.2005.06.005
2. Liu F., Boross P.I., Wang Y.-F., Tozser J., Louis J.M., Harrison R.W., Weber I.T. Kinetic, stability, and structural
changes in high-resolution crystal structures of HIV-1 protease with drug-resistant mutations L24I, I50V, and
G73S. J. Mol. Biol. 2005. 354. P. 789—800. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2005.09.095
3. Eira M., Araujo M., Seguro A.C. Urinary NO3 excretion and renal failure in indinavir-treated patients. Braz. J.
Med. Biol. Res. 2006. 39. P. 1065—1070. https://doi.org/10.1590/S0100-879X2006000800009
4. Igarashi Y., Otsutomo S., Harada M., Nakano S. Enzymatic resolution of indene bromohydrin acetate using
immobilized lipase. Tetrahedron: Asymmetry. 1997. 8, № 16. P. 2833—2837.
https://doi.org/10.1016/S0957-4166(97)00351-0
5. Luo Z., Qin F., Yan S., Li X. An efficient and promising method to prepare Ladostigil (TV3326) via asymmetric
transfer hydrogenation catalyzed by Ru—Cs-DPEN in an HCOONa—H2O—surfactant system. Tetrahedron:
Asymmetry. 2012. 23. P. 333—338. https://doi.org/10.1016/j.tetasy.2012.02.022
72 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 1
Д.В. Присяжнюк, А.О. Колодяжна, О.І. Колодяжний
6. Weinstock M., Luques L., Bejar C., Shoham S. Ladostigil, a novel multifunctional drug for the treatment of
dementia co-morbid with depression. J. Neural Transm. 2006. 70. P 443—446.
https://doi.org/10.1007/978-3-211-45295-0_67
7. Yoshimatsu S., Yamada A., Nakata K. Silylative kinetic resolution of racemic 1-indanol derivatives catalyzed
by chiral guanidine. J. Org. Chem. 2018. 83. P. 452—458. https://doi.org/10.1021/acs.joc.7b02493
8. Murase K., Nligata K., Mase T., Murakami M. Synthesis of new indent derivatives with adrenergic blocking
properties. Yakugaku Zasshi. 1972. 92, Iss. 11. P. 1358—1363. https://doi.org/10.1248/yakushi1947.92.11_1358
9. Process for the synthesis of enantiomeric indanylamine derivatives: Pat. 2006/0199974 А1 US. IPC C07C
271/40. Publ. 07.09.2006.
10. Kisic A., Stephan M., Mohar B. ansa-Ruthenium(II) complexes of R2NSO2DPEN-(CH2)n(6-aryl) conjugate
ligands for asymmetric transfer hydrogenation of aryl ketones. Adv. Synth. Catal. 2015. 357. P. 2540—2546.
https://doi.org/10.1002/adsc.201500288
11. Dry granulation formulation for an HIV protease inhibitor: Pat. 6,645,961 B1 US. IPC A61K 31/495,
A61K 31/47, A61K 31/535. Publ. 11.11.2003.
12. New aryl-benzocycloalkyl amide derivative: Pat. WO 2012/101011. IPC C07C 237/24, C07D 257/00, C07D
311/00, C07D 333/00, C07D 271/00, C07D 305/00, A61P 13/12, A61K 31/165, A61K 31/4245, A61K
31/41. Publ. 02.08.2012.
13. Bowers N.I., Boyd D.R., Sharma N.D., Goodrich P.A., Groocock M.R., Blacker A.J., Goode P., Dalton H.
Stereoselective benzylic hydroxylation of 2-substituted indanes using toluene dioxygenase as biocatalyst.
J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1. 1999. Iss. 11. P. 1453—1461. https://doi.org/10.1039/A901453E
14. Спосіб одержання стереоізомерів дигідро-1-інденолів формули 1 з використанням кінетичного розді-
лення рацематів у присутності ферментів Burkholderia cepacia lipase або Сandida antarctica lipase B: пат.
118619 Україна. МПК C07C 27/08, C07C 27/22; заявл. 12.06.2017. Опубл. 11.02.2019, Бюл. № 3.
15. Ou-yang J., Zhang W., Qin F., Zuo W., Xu S., Wang Y., Qin B., You S., Jia X. Enantioselective bioreduction of
benzo-fused cyclic ketones with engineered Candida glabrata ketoreductase 1 — а promising synthetic route
to ladostigil (TV3326). Org. Biomol. Chem. 2017. 15. P. 7374—7379. https://doi.org/10.1039/C7OB01803G
Надійшло до редакції 24.10.2022
REFERENCES
1. Shankar, S. S., Dubé, M. P., Gorski, J. C., Klaunig, J. E. & Steinberg, H. O. (2005). Indinavir impairs endothelial
function in healthy HIV-negative men. Am. Heart J., 150, pp. 933. https://doi.org/10.1016/j.ahj.2005.06.005
2. Liu, F., Boross, P. I., Wang, Y. F., Tozser, J., Louis, J. M., Harrison, R. W. & Weber, I. T. (2005). Kinetic, stabil-
ity, and structural changes in high-resolution crystal structures of HIV-1 protease with drug-resistant muta-
tions L24I, I50V, and G73S. J. Mol. Biol., 354, pp. 789-800. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2005.09.095
3. Eira, M., Araujo, M. & Seguro, A. C. (2006). Urinary NO3 excretion and renal failure in indinavir-treated
patients. Braz. J. Med. Biol. Res., 39, pp. 1065-1070. https://doi.org/10.1590/S0100-879X2006000800009
4. Igarashi, Y., Otsutomo, S., Harada, M. & Nakano, S. (1997). Enzymatic resolution of indene bromohydrin
acetate using immobilized lipase. Tetrahedron: Asymmetry, 8, No. 16, pp. 2833-2837.
https://doi.org/10.1016/S0957-4166(97)00351-0
5. Luo, Z., Qin, F., Yan, S. & Li, X. (2012). An efficient and promising method to prepare Ladostigil (TV3326)
via asymmetric transfer hydrogenation catalyzed by Ru—Cs-DPEN in an HCOONa—H2O—surfactant sys-
tem. Tetrahedron: Asymmetry, 23, pp. 333-338. https://doi.org/10.1016/j.tetasy.2012.02.022
6. Weinstock, M., Luques, L., Bejar, C. & Shoham, S. (2006). Ladostigil, a novel multifunctional drug for the
treatment of dementia co-morbid with depression. J. Neural Transm., 70, pp. 443-446.
https://doi.org/10.1007/978-3-211-45295-0_67
7. Yoshimatsu, S., Yamada, A. & Nakata, K. (2018). Silylative kinetic resolution of racemic 1-indanol derivatives
catalyzed by chiral guanidine. J. Org. Chem., 83, pp. 452—458. https://doi.org/10.1021/acs.joc.7b02493
8. Murase, K., Nligata, K., Mase, T. & Murakami, M. (1972). Synthesis of new indent derivatives with adrener-
gic blocking properties. Yakugaku Zasshi, 92, Iss. 11, pp. 1358-1363.
https://doi.org/10.1248/yakushi1947.92.11_1358
9. Pat. 2006/0199974 A1 US, IPC C07C 271/40, Process for the synthesis of enantiomeric indanylamine de-
rivatives, Boulton L. T., Lennon I. C. & Bahar, E., Publ. 07.09.2006.
73ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 1
Вплив стеричних факторів на ферментативне розділення 2,3-дигідро-1Н-інденолів...
10. Kisic, A., Stephan, M. & Mohar, B. (2015). ansa-Ruthenium(II) complexes of R2NSO2DPEN-(CH2)n(6-aryl)
conjugate ligands for asymmetric transfer hydrogenation of aryl ketones. Adv. Synth. Catal., 357, pp. 2540-
2546. https://doi.org/10.1002/adsc.201500288
11. Pat. 6645961 Bl US. IPC A61K 31/495, A61K 31/47, A61K 31/535, Dry granulation formulation for an HIV
protease inhibitor, Lui, C. Y., Ostovic, D., Katdare, A. V. & Stelmach, C., Publ. 11.11.2003.
12. Pat. WO 2012/101011, IPC C07C 237/24, C07D 257/00, C07D 311/00, C07D 333/00, C07D 271/00,
C07D 305/00, A61P 13/12,A61K 31/165, A61K 31/4245, A61K 31/41, New aryl-benzocycloalkyl amide
derivative, Aebi, J., Binggeli, A., Hertel, C, Konkar, A. A., Kuehne, H., Kuhn, B., Maerki, H. P. & Wang, H.,
Publ. 02.08.2012.
13. Bowers, N. I., Boyd, D. R., Sharma, N. D., Goodrich, P. A., Groocock, M. R., Blacker, A. J., Goode P. & Dalton,
H. (1999). Stereoselective benzylic hydroxylation of 2-substituted indanes using toluene dioxygenase as bio-
catalyst. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, Iss. 11, pp. 1453-1461. https://doi.org/10.1039/A901453E
14. Pat. 118619 Ukraine. IPC C07C 27/08, C07C 27/22, Method of producing stereoisomers of dihydro-1-in-
doles of formula 1 using kinetic separation of racemates in the presence of Burkholderia cepacia lipase or
Candida Antarctica lipase B enzymes, Kolodiazhnyi, O. I., Kolodiazhna, A. O. & Kolodiazhna, O. O., Publ.
11.02.2019.
15. Ou-yang, J., Zhang, W., Qin, F., Zuo, W., Xu, S., Wang, Y., Qin, B., You, S. & Jia, X. (2017). Enantioselective
bioreduction of benzo-fused cyclic ketones with engineered Candida glabrata ketoreductase 1 — a promising
synthetic route to ladostigil (TV3326). Org. Biomol. Chem., 15, pp. 7374–7379.
https://doi.org/10.1039/C7OB01803G
Received 24.10.2022
D.V. Prysiazhnuk, https://orcid.org/0000-0003-3286-4316
A.O. Kolodiazhna, https://orcid.org/0000-0002-7990-7830
O.I. Kolodiazhnyi, https://orcid.org/0000-0002-7693-5369
V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the NAS of Ukraine, Kyiv
E-mail: oikol123@bpci.kiev.ua
IMPACT OF STERIC FACTORS ON ENZYMATIC RESOLUTION
OF 2,3-DIHYDRO-1H-INDENOLS TAKING INTO ACCOUNT THE KOSHLAND EFFECT
Enantiomerically pure 2,3-dihydro-1H-indendiols containing a hydroxyl group in the aromatic ring were ob-
tained in high yields by enzymatic kinetic resolution of the corresponding racemates. Optimization of the process
of deracemization was achieved by selecting biocatalysts, acylating reagents, solvents, and temperature, as well as
the introduction of sterically bulky silyl substituents into the aromatic ring. The introduction of bulky tert-bu-
tyldimethylsilyl groups into the aromatic ring leads to an increase in the efficiency of deracemization and an in-
crease in the ee of reaction products. For kinetic separation, both enzymatic transesterification and enzymatic
hydrolysis of the corresponding acetates were used. As a result, dihydroindenediols with (S)- and (R)-absolute
configurations of high enantiomeric purity were obtained. After the process of kinetic resolution, the enantio-
meric purity of the products attained 99 % ee.
Keywords: 2,3-dihydro-1H-indendiols, silylated dihydroindenediols, enzymatic resolution, Burkholderia cepacia
lipase, Koshland model.
|