PENICILIN ACILASAS - UCM · 2008-01-14 · proceso se lleva a cabo una extracción en contínuo del...
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PENICILIN ACILASAS Prof. Andrés R. Alcántara. Grupo de Biotransformaciones Departamento de Química Orgánica y Farmacéutica. Fac. Farmacia
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PENICILIN ACILASAS
Prof. Andrés R. Alcántara.Grupo de Biotransformaciones
Departamento de Química Orgánica y Farmacéutica. Fac. Farmacia
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
N
S
CO2HO
HN
O
PENICILINA G(inyectable)
N
S
CO2HO
HN
OO
PENICILINA V(inyectable)
N
S
CO2HO
H2N
6-APA
NO
HN
O
CO2H
O
O
HONH2
O
CEFALOSPORINA C
NO
H2N
CO2H
O
O
7-ACA
NO
HN
O
CO2H
CEFALOSPORINA G
NO
H2N
CO2H
7-ADCA
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
Enzimas bacterianas: Prefieren Penicilina G Enzimas fúngicas: Prefieren Penicilina V
N
S
CO2HO
HN
O
R pH alcalino
pH ácido N
S
CO2HO
H2N+
R
O
OH
Penicilinacilasa
Penicilinacilasa
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
N
S
CO2HO
HN
O
PENICILINA G
E-1H2O
N
S
CO2HO
H2N
O
OH+
6-APA
NO
HN
O
CO2H
O
O
CEFALOSPORINA G
E-1H2O
O
OH+ N
O
H2N
CO2H
O
O7-ACA
PENICILINACILASA
NO
HN
O
CO2H
O
O
HONH2
O
CEFALOSPORINA C
E-2H2O
NO
HN
O
CO2H
O
O
HOO
O
AC. α-OXOADIPL-7-AMINOCEFALOSPORÁNICO
D-AMINOÁCIDO-OXIDASADescarboxilación
NO
HN
O
CO2H
O
O
O
HO
GLUTARIL-7-ACA
NO
H2N
CO2H
O
O
7-ACA
E-3H2O
GLUTARIL AMIDASA
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
N
S
CO2HO
HN
O
PENICILINA G
E-1H2O
N
S
CO2HO
H2N
O
OH+
6-APAPENICILINACILASA
OBTENCIÓN DE 6-APA
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
N
S
CO2HO
HN
O
PENICILINA G
E-1H2O
N
S
CO2HO
H2N
O
OH+
6-APAPENICILINACILASA
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
Semisíntesis química de 6-APA
N
S
CO2HO
HN
O
PENICILINA G
SiMe
MeMeCl
SiMe
MeMeN
HSiMe
MeMe
N
S
O
HN
O
O O
MeMe
Me
N
S
O
N
Cl
O O
MeMe
Me
PCl5, -40ºC
NO
N
OH
n-BuOH, N,N-dimetilamina,-50ºCN
S
O
N
O
O O
N
S
O
H2N
O OH6-APA Me
MeMe
NH3
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
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N
S
CO2HO
HN
O
PENICILINA G
E-1H2O
N
S
CO2HO
H2N
O
OH+
6-APAPENICILINACILASA
OBTENCIÓN DE 6-APA
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
N
S
CO2HO
HN
O
PENICILINA G
E-1H2O
N
S
CO2HO
H2N
O
OH+
6-APAPENICILINACILASA
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
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OBTENCIÓN DE 7-ACAPaso 1
NO
HN
O
CO2H
O
O
HONH2
O
CEFALOSPORINA C
E-2H2O
NO
HN
O
CO2H
O
O
HOO
O
AC. α-OXOADIPIL-7-AMINOCEFALOSPORÁNICO
D-AMINOÁCIDO-OXIDASADescarboxilación
NO
HN
O
CO2H
O
O
O
HO
GLUTARIL-7-ACA
+ H2O2
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
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OBTENCIÓN DE 7-ACAPaso 2
NO
HN
O
CO2H
O
O
O
HO
GLUTARIL-7-ACA
NO
H2N
CO2H
O
O
7-ACA
E-3H2O
GLUTARIL AMIDASA
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
Proceso quimico
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
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OBTENCIÓN DE 7-ACAPaso 2
NO
HN
O
CO2H
O
O
O
HO
GLUTARIL-7-ACA
NO
H2N
CO2H
O
O
7-ACA
E-3H2O
GLUTARIL AMIDASA
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
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OBTENCIÓN DE 7-ADCA
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
N
S
CO2HO
HN
O
AMPICILINA
NH2
N
S
CO2HO
HN
O
AMOXICILINA
NH2
HO N
S
CO2HO
HN
O
CO2H
CARBENICILINA
N
S
CO2HO
HN
O
CLOXACILINA
NO
Cl
N
S
CO2HO
HN
O
OMe
ClCl
CLOMETICILINA
NO
HN
O
CO2H
O
O
S
CEFALOTINA
NO
HN
O
CO2H
NMeO
SN
H2N
CEFETAMET
NO
HN
O
CO2H
NH2
CEFALEXIMA
ANTIBIOTICOS SEMISINTÉTICOS
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
ANTIBIOTICOS SEMISINTÉTICOS
Problemas síntesis química:•Activación grupo ácido•Bloquear grupos reactivos en el ácido•Formar la amida•Eliminar grupos protectores
N
S
CO2HO
H2N
RO
OH
RO
OH+
N
S
CO2HO
HNO
R
NO
H2N
CO2H
O
O
+ NO
HN
CO2H
O
O
RO
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
ANTIBIOTICOS SEMISINTÉTICOS: MÉTODO ENZIMÁTICO
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
COMPARACIÓN MÉTODO QUÍMICO Y ENZIMÁTICO
HONH2
O O
O
Método deDane
NaOO
HON
NaOO
O
O
H
N-metilmorfolina
OCl
OEt
HON
OO
O
O
H
OEtO
activado
protegido
N
S
O
HN
O O
MeMe
Me
SiMe
MeMe
activado
protegido
HON
OO
O
O
H
OEtO
activado
protegido
+N
S
O
HN
O O
MeMe
Me
OHO
N
OH Me
O
N
S
O
HN
O OH
OHO
NH2Me
HONH2
O O
O
Método deDane
NaOO
HON
NaOO
O
O
H
N-metilmorfolina
OCl
OEt
HON
OO
O
O
H
OEtO
activado
protegido
N
S
O
HN
O O
MeMe
Me
SiMe
MeMe
activado
protegido
HON
OO
O
O
H
OEtO
activado
protegido
+N
S
O
HN
O O
MeMe
Me
OHO
N
OH Me
O
N
S
O
HN
O OH
OHO
NH2Me
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MÉTODO QUÍMICO
Este método supone unos 10 pasos, y genera 30-40 kg de resídiuos por cada kg de resíduo.Además emplea cloruro de metileno, agentes sililantes, ….POCO SOSTENIBLE
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COMPARACIÓN MÉTODO QUÍMICO Y ENZIMÁTICO
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
NH2
O
NH2
+N
S
O
H2N
OHO
N
S
O
OHO
HN
O
NH2
CEFALEXINA7-ADCAD-FENILGLINAMIDA
•PRIMERA SINTESIS DESCRITA: CEFALEXINA
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ALGUNAS CONSIDERACIONES
•Organismos que producen las penicilinacilasas:
E.Coli, Klyveromycescitrophila, Bacillum megterium•Para aumentar el rendimiento del proceso se lleva a cabo una extracción en contínuo del producto.•La PGA no acepta aminoácidos cargados, por lo que no se puede usar la fenilglicina directamente, pues al pH al cual el carboxilo estáprotonado, también lo estará el grupo amino.•El D-AA está en forma de ester o amida (para activar: CONTROL CINÉTICO).•La enzima se inmoviliza covalentemente sobre un carriertipo protéico (GELATINA). De esta forma se insolubiliza y se puede separar fácilmente del medio de reacción.
NH2
O
NH2
+N
S
O
H2N
OHO
N
S
O
OHO
HN
O
NH2
CEFALEXINA7-ADCAD-FENILGLINAMIDA
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
ALGUNAS CONSIDERACIONESNH2
O
NH2
+N
S
O
H2N
OHO
N
S
O
OHO
HN
O
NH2
CEFALEXINA7-ADCAD-FENILGLINAMIDA
•Para alcanzar altos valores de conversión y rendimiento se usa un gran exceso de D-fenilglicina, que debe ser luego separada y recirculado al reactor.•SEPARACIÓN EXCESO: adición de benzaldehido ⇨ imina insoluble que se filtra.•Como la D-Fenilglicinamida es poco soluble en medio acuoso, al final del proceso tendremos una mezcla de la misma con cefalexina.•Para separar la enzima:
•se emplea una enzima inmovilizad especial (Novo Nordisk) QUE FLOTA en el recator, y se separa bien.•controlando el tamaño de la partícula del soporte, se emplea una filtración con una membrana que retiene a la enzima inmovilizada
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NH2
O
NH2
+N
S
O
H2N
OHO
ClN
S
O
OHO
Cl
HN
O
NH2
CEFACLOR7-ACCAD-FENILGLINAMIDA
•El CEFACLOR es inestable en valores de pH mayores de 6.5, mientras que la solubilidad del 7-ACCA es muy baja a valores de pH inferiores a 6.5.
•Para estabilizar el cefaclor se añade 2-naftol, que forma un complejo con el antibiótico y cristaliza, separando el complejo llevando a rendimientosdel 90%.
•Con esta técnica, la concentración del producto en el seno del reactor es muy baja, por lo que se puede proceder al vaciado del raector sin peligro de dejarnos producto atrás.
•No obstante se necesita emplear un disolvente orgánico para originar un sistema bifásico en el cual se produzca la ruptura del complejo y poder separar el producto.
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
ANTIBIOTICOS SEMISINTÉTICOS: PARA PENICILINAS
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
NH2
O
NH2
+N
S
O
H2N
6-APAD-FENILGLINAMIDA
O OH
N
S
O
HN
O OH
O
NH2
AMPICILINA
•La AMPICILINA tiene una mayor solubilidad comparada con las cefalosporinas, por lo que hay que cambiar la estrategia de separación del medio, si no queremos perder el producto.
•Además, los derivados del 6-APA son más labiles a todos los valores de pH, por lo que se necesita:
•Conversión total•Rápida separación del medio
•El biocatalizador se retiene en el reactor de manera análoga al caso de la cefalexina (derivado inmov. con diámetro uniforme, membrana).
•El producto (tanto lo que haya precipatado como lo que queda soluble) y los cristales de D-fenilglicinamida se disuelven a phácido, para posteriormente precipitar el producto por un ajuste del pH a su punto isoeléctrico, y posterior filtración.
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
NH2
O
NH2
+N
S
O
H2N
6-APAD-HIDROXIFENILGLINAMIDA
O OH
N
S
O
HN
O OH
O
NH2
AMOXICILINA
HO HO
•Ventaja: la amoxicilina es menos soluble en las condiciones de reacción, y precipita, por lo que la hidrólisis no deseada del producto se evita y no hay que hacer ajustes del pH.
•El biocatalizador se retiene en el reactor de manera análoga al caso de la cefalexina (derivado inmov. con diámetro uniforme, membrana).
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
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ANTIBIOTICOS SEMISINTÉTICOS: OTROS CASOS
N
S
CO2HO
HN
OO
PENICILINA V(inyectable)
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ANTIBIOTICOS SEMISINTÉTICOS: OTROS CASOS
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
PGA en RESOLUCIÓN CINÉTICA
Prof. A. R. Alcántara, Grupo de Biotransformaciones, Facultad de Farmacia, UCM
NH
HN O
NH
H2N O
O O
xemilofiban
