Tehnologia de Obținere a L-Fenil-Acetil-Carbinolului

Ă

Domeniu: Chimie Organică

Conține 1 fișier: docx

Pagini : 19 în total

Cuvinte : 2271

Mărime: 230.10KB (arhivat)

Publicat de: Veronica Dragomir

Puncte necesare: 6

Profesor îndrumător / Prezentat Profesorului: Toth Isabella-Theodora

Facultatea de Chimie si Inginerie Chimica

Universitatea Babes-Bolyai, Cluj-Napoca

Descarcă acum

1. Introducere: 4
1.1 Obiectivele proiectului: 4
1.2 Prezentarea generală a temei: 4
1.2.1 Prezentarea generală a produsului: 4
1.2.2 Propietăți L-PAC: 4
2. Procese de obținere: 5
2.1 Biotransformarea benzaldehide în L-PAC cu ajutorul celulelor din drojdia Saccharomyces cerevisiae 5
2.2 Biotransformarea benzaldehide în L-PAC cu ajutorul celulelor Zymomonas mobilis: 5
2.3 Biotransformarea benzaldehide în L-PAC cu ajutorul celulelor Torulaspora delbrueckii în prezență de β-ciclodextrină 6
2.4 Biotransformarea benzaldehidei în R-PAC folosind celule Debaryomyces etchellsii halotolerante în apă de mare 6
2.5 Sinteza de L-PAC prin folosirea unui sistem bifazic cu celule de Hansenula polymorpha, Hansenula anomala și Brettanomyces lambicus 6
2.6 Biotransformarea benzaldehidei în L-PAC folosind piruvat decarboxilaza parțial purificată din celule Candida utilis 7
2.7 Justificarea procesului ales 7
3. Analiza desfășurării procesului 7
3.1 Chimismul procesului de bază 7
3.2 Modelarea procesului 8
3.2.1 Formularea mediului de cultură 8
3.2.2 Modelul matematic de bilanț termic 9
3.2.2.1 Sterilizarea mediilor de cultură 9
3.2.2.2 Sterilizarea mediului de cultură prin încălzire 10
3.2.3 Dimensionarea reactorului 11
3.2.4 Sterilizare termică discontinue 13
3.2.4.1 Perioada de încălzire 13
3.2.4.2 Perioada de răcire 14
3.3 Schema bloc a procesului 16
3.4 Schema tehnologică a procesului 17
Bibliografie: 18

1. Introducere:

1.1 Obiectivele proiectului:

În cadrul acestui proiect au fost studiate metodele de obținere a L-fenil-acetil-carbinolului și s-a realizat proiectarea unei instalații de obținere a acestuia la scara industrială, printr-un proces fermentativ ce folosește piruvat decarboxilaza ca și biocatalizator.

1.2 Prezentarea generală a temei:

1.2.1 Prezentarea generală a produsului:

L-fenil-acetil-carbinolul (L-PAC) se mai numește și 1-hidroxi-1-fenil-2-propanonă și are sturctura prezentată în Figura 1. Acesta este un component cheie în sinteza industială a efedrinei, a pseudoefedrinei, a norefedrinei, a norpseudoefedrinei cât și a adrenalinei, a amfetaminei, a metamfetaminei și a altor substanțe farmaceutice.1

Figura 1: L-PAC

1.2.2 Propietăți L-PAC:

Denumire IUPAC: (R)-1-hidroxi-1-fenlpropan-2-onă

Punct de topire: 9-11°C

Punct de fierbere: 124-125°C

Densitate: 1,105 g/mL

Masă moleculară: 150,17 g/mol

Formulă moleculară: C9H10O2

Număr CAS: 90-63-12

2. Procese de obținere:

2.1 Biotransformarea benzaldehide în L-PAC cu ajutorul celulelor din drojdia Saccharomyces cerevisiae

L-fenil-acetil-carbinolul se poate obține prin sinteză chimică din cianohidrați, însă în procedeele industriale de obținere a L-PAC-ului este preferată sinteza acestuia prin metode biochimice din benzaldehidă. Aceste metode utilizează biotransformări realizate cu ajutorul enzimelor din drojdie. Astfel, sinteza L-PAC-ului are loc cu o selectivitate mare, o eficiență catalitică mare în condiții de reacție blânde.3 Prima biotransformare a benzaldehidei în L-PAC a fost realizată de către Neuberg și Liberma în anul 1921 folosind ca și catalizator piruvat decarboxilaza (PDC) din drojdia Saccharomyces cerevisiae. Ecuația reacției chimice este prezentată în Figura 2. In vivo, această enzimă transformă piruvatul în acetaldehidă. Un intermediar al acestui ciclu catalytic este 2-α-hidroxietil-tiamin-difosfat sau „acetaldehida activată”. α-carbanionul acestuia reacționează cu o serie de aldehide într-un atac nucleofilic aciloine corespunzătoare. Așadar, în reacția catalizată de PDC benzaldehida și acidul piruvic sunt transformate in L-fenil-acetil-carbinol și dioxid de carbon.4

Figura 2: Reacția de obținere a L-PAC din benzaldehidă

2.2 Biotransformarea benzaldehide în L-PAC cu ajutorul celulelor Zymomonas mobilis:

Piruvat decarboxilaza din bacteria Zymomonas mobilis catalizează reacția de obținere a L-PAC-ului din benzaldehidă și acetaldehidă. Folosindu-se acetaldehida în loc de piruvat se evită acumularea de dioxid de carbon și schimbarea de pH în reacție. De asemenea, acetaldehida este mult mai ieftină decât piruvatul.4

1) Shukla, V. B.; Kulkarni, P. R. L-Phenylacetylcarbinol (L-PAC): Biosynthesis and Industrial Applications. World J. Microbiol. Biotechnol. 2000, 16 (6), 499- 506.

(2) Http://Synquestlabs.Com/Product/Id/78258.Html.

(3) Bruder, S.; Boles, E. Improvement of the Yeast Based (R)-Phenylacetylcarbinol Production Process via Reduction of by-Product Formation. Biochem. Eng. J. 2017, 120, 103- 112.

(4) Breuer, M.; Pohl, M.; Hauer, B.; Lingen, B. High-Throughput Assay of (R)-Phenylacetylcarbinol Synthesized by Pyruvate Decarboxylase. Anal. Bioanal. Chem. 2002, 374 (6), 1069- 1073.

(5) Shukla, V.; Kulkarni, P. R. Biotransformation of Benzaldehyde to L-Phenylacetylcarbinol (L-PAC) by Free Cells of Torulaspora Delbrueckii in Presence of Beta-Cyclodextrin. Brazilian Arch. Biol. Technol. 2002, 45 (3), 265- 268.

(6) Andreu, C. Biotransformation Using Halotolerant Yeast in Seawater: A Sustainable Strategy to Produce R-(−)-Phenylacetylcarbinol. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2018, 102 (11), 4717- 4727.

(7) Suresh, K.; Harisaranraj, R.; Saravanababu, S.; Achudhan, V. V. Production of Phenylacetylcarbinol in a Stand Still Condition Using Two Phase System by Applying Yeast Cells Capable of Fermenting Dried Ephedra Extract and Molass as Biocatalysts. Recent Res. Sci. Technol. 2009, 1 (2).

(8) Shin, H. S.; Rogers, P. L. Production of L‐phenylacetylcarbinol (L‐PAC) from Benzaldehyde Using Partially Purified Pyruvate Decarboxylase (PDC). Biotechnol. Bioeng. 1996, 49 (1), 52- 62.

(9) Miguez, M.; Nunesa, P.; Azeredoa, N.; Falomir, S.; Pedrazab, M. V.; Vianab, O.; Coelhoa, M. A.; Amarala, P. Selection of Yeasts for the Production of L-Phenyl-Acetil-Carbinol Bybiotransformation in Shake Flasks. Chem. Eng. 2012, 27.

(10) Lobell, M.; Crout, D. H. G. Pyruvate Decarboxylase: A Molecular Modeling Study of Pyruvate Decarboxylation and Acyloin Formation. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118 (8), 1867- 1873.

(11) Flikweert, M. T.; van der Zanden, L.; Janssen, W. M. T. M.; Yde Steensma, H.; van Dijken, J. P.; Pronk, J. T. Pyruvate Decarboxylase: An Indispensable Enzyme for Growth of Saccharomyces Cerevisiae on Glucose. Yeast 1996, 12 (3), 247- 257.

(12) Cașcaval, D.; Oniscu, C.; Galaction, A.-I. Inginerie Biochimică Și Biotehnologie: Bioreactoare; 2002 Inter Global,.

(13) LAZĂR, I. Îndrumător de Proiectare: Calculul Și Construcția Recipienților Cu Amestecător: Pentru Uzul Studenților; 1988 Universitatea din Cluj-Napoca, Facultatea de Tehnologie Chimică,.