Transformações químio-enzimáticas em esteróides

Abstract

A utilização de enzimas como catalisadores selectivos e eficientes na transformação de moléculas constitui uma tecnologia válida em síntese orgânica. As propriedades biológicas e farmacológicas dos esteróides e o elevado custo que a sua síntese comporta justificam a grande relevância que é dada aos processos de transformação selectiva destes compostos. Com este trabalho pretende-se explorar a estereo- e regio-selectividade de um conjunto de enzimas comerciais como catalisadores usando esteróides como substratos. Assim, numa primeira fase, a síntese diastereo-selectiva de cianidrinas na cadeia lateral de esteróides foi estudada por métodos enzimáticos. As oxinitrilases PaHNL e HbHNL não se mostraram capazes de catalisar a adição estereo-selectiva de HCN a grupos carbonilo na cadeia lateral. A síntese de uma mistura racémica de cianidrinas obtida a partir do 3-oxo-pregna-4-eno-20β-carbaldeído, seguida de acilação selectiva catalisada pela protease subtilisina permitiu o isolamento do éster correspondente com elevado excesso diastereomérico. Em alternativa aos processos enzimáticos, foi estudada a síntese de cianidrinas sililadas através da adição de TMSCN a diferentes grupos carbonilo na cadeia lateral de pregnanos, explorando a influência estereoquímica da estrutura esteróide. Dependendo da natureza do grupo carbonilo, diferentes resultados foram observados. A adição a 20-ceto pregnanos saturados foi totalmente estereo-selectiva, gerando cianidrinas sililadas epimericamente puras, cuja configuração absoluta foi determinada por análise cristalográfica de raios X. A diastereo-selectividade das hidrolases face a substratos esteróides foi ainda estudada na separação de misturas de 5,6-epóxidos. Os 5,6-epoxi-esteróides estereoisomericamente puros foram preparados combinando métodos químicos selectivos de α− e β−epoxidação com a esterificação ou alcoólise enzimática do grupo 3β−hidroxilo ou -alcoxilo. A hidrólise enzimática suave do grupo 3β-acetoxilo na presença do grupo funcional epóxido foi também efectuada com sucesso. Para além destas transformações diastereo-selectivas, foram estudadas transformações regio-selectivas em esteróides poli-hidroxilados. Os esteróides poli-hidroxilados bioactivos contendo um diol vicinal no anel A são encontrados em diversas fontes naturais. A acilação enzimática deste tipo de compostos é um desafio interessante em termos de estudo da regio-selectividade das enzimas face a compostos esteróides complexos, com aplicação na síntese de análogos com actividade biológica. Assim, séries completas de dióis vicinais estereoisoméricos nas posições 2,3 e 3,4 foram submetidas à acção de um conjunto de lipases, as quais se mostraram capazes de distinguir grupos hidroxilo vicinais no anel A de esteróides, sendo sensíveis à configuração dos diferentes dióis e permitindo a obtenção dos respectivos monoésteres com elevada regio-selectividade e bons rendimentos. Em conclusão, os resultados apresentados nesta dissertação evidenciam as potencialidades da catálise enzimática na transformação estereo- e regio-selectiva de substratos esteróides e contribuem para o desenvolvimento de metodologias sintéticas com utilidade no campo dos esteróides.

"ABSTRACT" The use of enzymes as selective and efficient catalysts in the transformation of molecules is a valuable technology in organic synthesis. The biological and pharmacological properties of steroids and the high cost inherent to its synthesis justify the great relevance given to the selective transformation of these compounds. This work aims to exploit the stereo- and regioselectivity of an array of commercial enzymes as catalysts using steroids as substrates. Therefore, in a first phase, the diastereoselective synthesis of cyanohydrins at the steroid side-chain was studied by means of enzymatic methods. The oxinitrilases PaHNL and HbHNL were not able to catalyse the stereoselective addition of HCN to carbonyl groups at the side-chain. The synthesis of a racemic mixture of cyanohydrins, starting from 3-oxo-pregn-4-en-20β-carbaldehyde, followed by selective acylation catalyzed by the protease subtilisin allowed the isolation of the corresponding ester with high diastereomeric excess. In alternative to the enzymatic processes, the synthesis of silylated cyanohydrins through the addition of TMSCN to different carbonyl groups at the pregnane sidechain, exploring the stereochemical influence of the steroid structure, was also studied. Depending on the nature of the carbonyl group, different results were observed. The addition to saturated 20-keto pregnanes was totally stereoselective,rendering silylated cyanohydrins epimerically pure and its absolute configuration was determined by X-ray crystallographic analysis. The diastereoselectivity of the hydrolases towards steroidal substrates was studied in the separation of 5,6-epoxides mixtures. The 5,6-epoxysteroids stereoisomerically pure were prepared by combining selective chemical methods of α− and β−epoxidation with the enzymatic esterification or alcoholysis at the 3β-hydroxy or - alcoxy groups. The mild enzymatic hydrolysis of the 3β-acetoxy group in the presence of the epoxide was also carried out successfully. Beyond these stereoselective transformations, regioselective transformations were explored in polyhydroxylated steroids using commercial hydrolases as catalysts. Bioactive polyhydroxylated steroids bearing a vicinal diol at the A-ring are found in diverse natural sources. The enzymatic acylation of this type of compounds is an interesting challenge in terms of regioselectivity of enzymes towards complex steroidal compounds. Moreover it has potential application in the synthesis of related compounds with bioactivity. Therefore, the complete series of stereoisomeric vicinal diols at the 2,3- and 3,4-positions were prepared by different chemical strategies and tested as substrates of a set of lipases. The enzymes were able to distinguish the vicinal hydroxy groups in the A-ring of the steroid structure, being sensitive to the configuration of the different diols and allowing the isolation of the monoacyl derivatives with high regioselectivity and good yields. In summary, the results obtained throughout this work highlight the potential of the enzymatic catalysis in the stereo- and regio-selective transformation of steroidal substrates, thus contributing to the development of specific synthetic methodologies which can be useful in the steroid field.