El Dioxido de Carbono Supercritico

5/11/2018 El Dioxido de Carbono Supercritico - slidepdf.com

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El dioxido de carbono supercritico (SCCO2), Co2 por encima este de su temperatura y presión

critica (), a sido usado para la extracción, cromatografía y como solvente para catálisis química

debido a que este es amigable con la naturaleza, inflamables, baja toxicidad y alta disponibilidad.

La capacidad para manipular las porpiedades físicas del solvente por el cambio simple de presión y

temperatura es único en sistemas supercriticos. La catálisis enzimática se ha conducido en SCCO2,

en lugar de en los medios convencionales para hacer las reacciones enzimáticas más ecológicos. El

uso de enzimas en solventes orgánicos a incrementado recientemente como intento de los

químicos para amplicar las aplicaciones de la biocatalisis.

Muchos sustratos asi como muchos productos de reacciones, tienen baja solubilidad en agua

haciendo las reacciones biocataliticas en fase acuosa difíciles para emplear. Pero usando enzimas

en solventes no acuosos esto hace posible superar la barrera, pero su uso en solventes organicos

esta limitado por la actividad catalítica relativamente baja en comparación con reacciones en

agua. Por lo tanto, además de la investigación en curso en sistemas libres de solventes, la síntesis

en fluidos supercriticos (SCF), puede ser potencialmente preferida como nueva alternativa para

reacciones catalizadas con enzimas. Las enzimas empleadas en mas trabajos donde participanfluidos supercriticos mas específicamente, dióxido de carbono, son lipasas. Las lipasas son mas

bien enzimas estables que pueden convertir un rango general de sustratos en particular en

hidrólisis y reacciones de esterificación.

Metodologia de superficie de respuesta es una colleccion de técnicas estadísticas y matematicas,

utiles para el desarrollo la mejora y optimización de procesos. Asi medir el desempeño o las

características de calidad se llama la respuesta. Las variables de entrada son algunas veces

llamadas variables independiente, y y son sujetas al control por científicos e ingenieros. El campo

de la metodología de superficie de respuesta consiste en la estrategia experimental para explorar

el espacio de el proceso o variables independientes, modelos estadísticos empíricos paradesarrollar una relación adecuada entre la aproximación los métodos de producción y las variables

de proceso y optimización de encontrar los valores de las variables del proceso que producen

deseable los valores de la respuesta [5]. La identificación y adaptación de experimentación los

datos de un modelo de superficie de respuesta apropiadas requiere un poco de uso de los

fundamentos estadísticos del diseño experimental, un modelo de regresión técnicas y métodos de

optimización. Los tres de estos temas generalmente se combinan en RSM.

Los primeros informes sobre la enzima reacciones catalizadas en SCCO2 se en 1985 por Randolph

et al., Hammond et al. y Nakamura et al. [25]. La ventaja de usar SCF para las reacciones

enzimáticas se ha demostrado por Mori et al. [6] y Kamat et al. [7], por ejemplo, mejorado

velocidad de reacción, el control de selectividad por las presiones, etc [1]. Las enzimas son capaces

de catalizar las reacciones diferentes en un enantioselectiva manera. Enantioselectividad es una

propiedad muy útil de enzimáticas acción, lo que permite la producción de sustancias

enantiopuro. Lo Se ha demostrado que las enzimas muchas veces se ven fuertemente afectados

por la elección del solvente [8]. Los disolventes pueden modificar la conformación de la enzima y

por lo tanto alterar su eficiencia catalítica o especificidad que puede aumentar la regio-y

enantioselectividades de reacciones.



El efecto biológico de los compuestos quirales es dependiente de una de los enantiómeros, por lo

que es importante producir en enantioméricamente forma pura. Debido a su capacidad para

catalizar reacciones, en lo orgánico como así como en sistemas acuosos, lipasas conducen a la

síntesis enantioselectiva de la amplia variedad de compuestos [9]. Quiral?-Hidroxi cetonas

especialmente benzoins son importantes en muchas unidades estructurales biológicamente

compuestos activos y se trata de bloques de construcción versátil en síntesis asimétrica [10]. Es

importante para obtener enantiopuros benjuí de racémica benzoil-benjuí. Para ello, la enzima,

temperatura y la presión effectswere estudiado para la síntesis de benjuí en SCCO2 y después de

90 minutos, la conversión del 50% con un enantiómero más de 62% fueron realizadas por Candida

cylindracea (CCL) en nuestro estudio anterior [11]. Este es el primer estudio para obtener las

condiciones óptimas para exceso enantiomérico máximo de benjuí en SCCO2 los medios de

comunicación con RSM. Con el fin de aumentar en exceso enantiomérico, DMAP (4 -

dimetilaminopiridina) y trietilamina a la reacción mezcla en condiciones óptimas.



2. Materiales y métodos

C. cylindracea lipasa fue adquirido de Fluka. otros productos químicos se obtuvieron de Merck. La

hidrólisis enantioselectiva de benzoil-benjuí se llevó a cabo en el reactor supercrítico de lotes de

líquidos. Esquema del reactor SCCO2 se muestra en la fig. 1. Se compone de reactor con un

volumen interno de 10 ml, 690 bar de presión máxima y 150 ◦ C de temperatura máxima, regulada

por un termostato. 30 mg benzoyl-benzoin, el benjuí y el enzima se disolvieron 30 mg en 2 ml de

DMSO (dimetilsulfóxido) y 8 ml de fosfato de potasio (pH 50 mM, 7), respectivamente, luego se



mezcla y poner en el 10 ml de SCF del reactor y se ajustó el pH mediante la adición de HCl y NaOH

soluciones. Se wasmeasured antes de comenzar el experimento, y también medida

aftercompleting el experimento. Progreso de la reacción Se vigilancia followedby cuidado con

TLCanalysisupto50% de conversión [11]. Al final de la reacción de la mezcla se extrajo con acetato

de etilo para separar el benjuí y el benjuí de benzoilo. Actividad de la enzima de C. cylindraceawas

probado a diferentes temperaturas (35-45 ◦ C) a 90 bar y 90 minutos el tiempo de incubación en

SCCO2. Se midió la actividad mediante el empleo de ácido oleico y esterificación oleil alcohol con

la titulación. Los experimentos se llevaron a cabo con enzima / sustrato (w / w): 1,5% y ácido /

alcohol relación molar de 1.33 / 1 a 50 ◦ C. La velocidad del agitador fue de 200 rpm. En las

condiciones dadas oleil alcohol, ácido oleico y cylindracea C. se mezclaron y después de 90

minutos de la muestra fue tomada de la mezcla de reacción y se titula con NaOH 0,1 N [11].

Exceso enantiomérico de benjuí se determinó mediante análisis por HPLC. La columna se aplica a

partir de las industrias Daicel tipo CHIRALCEL OD (0.46cm x 25 cm). Los compuestos fueron

detectados con UVdetector a 254 nm. El columnwas funcionar a roomtemperature. La fase móvil

fue n-hexane/2-propanol (9:1, v / v). Caudal se establece en 0,8 ml / min y el volumen de inyecciónfue de 10? L. DMAP y trietilamina son los peligrosos y comercialmente aditivos disponibles que se

utilizan para aumentar la resolución cinética [12]. Efecto de las bases (DMAP y trietilamina) fue

investigado por la adición de 5 mg de DMAP y trietilamina 1 ml de mezcla de reacción a

condiciones óptimas [11].

3. Diseño experimental y optimización de RSM

RSM consiste en un grupo de técnicas empíricas dedicadas a la evaluación de las relaciones

existentes entre un grupo de control factores experimentales y las respuestas medidas de acuerdo

a uno más criterios [13,14]. RSM utiliza un diseño experimental como como el diseño centralcompuesto para ajustar un modelo de mínimos cuadrados la técnica. Si el modelo propuesto es el

adecuado, según lo revelado por la la comprobación de diagnóstico proporcionado por un análisis

de varianza (ANOVA) y los gráficos de residuos, gráficos de contorno no puede ser utilizada para

estudiar la respuesta y encontrar el óptimo. Como la temperatura conocida, presión y pH son

parámetros importantes para la síntesis de compuestos químicos en el medio SCCO2

[15-19]. Los efectos de tres variables (T, P y pH) en el enantiómero el exceso de benjuí en SCCO2

fueron estudiados mediante el uso de RSM. El diseño experimental más comunes utilizados en

RSM es el centro de compuesta de diseño (CCD), que tiene previsibilidad igual en todos los

direcciones desde el centro [20]. De acuerdo con la central compuesto diseño, el número total decombinaciones es 2k 2 + k n0, donde k es el número de variables independientes y n0 el número

de repeticiones de los experimentos en el punto central [21]. El alcance y la los niveles de las

variables investigadas en este estudio se presentan en la Tabla 1. Sobre la base de los

experimentos preliminares de los valores de temperatura, la presión y el pH se define teniendo en

cuenta la degradación de la enzima con la temperatura y el pH y las enzimas cambiar



4. Resultados y discusión

4.1. El diseño experimental con RSM

Sobre la base de los experimentos preliminares, el efecto de

la temperatura,

la presión y el pH en exceso enantiomérico de benjuí seEstudió con RSM y la aplicación de RSM arrojaron los

siguientes ecuación de regresión, que es una relación

empírica entre los valores de exceso enantiomérico de

las variables de la prueba de benjuí codificada unidad. La

siguiente es la ecuación polinómica de segundo orden

que muestra la superficie de respuesta instalado:

donde Y es la respuesta, es decir, exceso enantiomérico de

benjuí,

y x1, x2 y x3 se codifican los valores de la temperatura de la

prueba los valores,

presión y pH, respectivamente.

Un resumen del análisis de varianza se presentan en la Tabla



3. El análisis de varianza de modelo de regresión cuadrática

demuestra que el modelo es Altamente significativa como se

desprende de Fisher F-prueba de valor que con un 28,36

Baja probabilidad probability valor (Pmodel> F <0,0001). Esteresultado indica que es estadísticamente significativa en el

nivel de confianza del 99,999%. la bondaddel ajuste del

modelo se verificó mediante el coeficiente de determinación

(R2) [22]. En este caso, el valor del coeficiente de

determinación (R2 = 0,9623) indica que sólo 3.77% no

synthes is was de benjuí explicada por el modelo. El valor del

coeficiente de determinación ajustado

R2 adj (0,9284) también es alta para abogar por los

significados de alta del modelo. Falta de ajuste es la variación

de los datos alrededor de una cocina equipada modelo [20].

La falta de ajuste F-valor de 0,99 implica la falta de ajuste es

no significativo en relación con el error puro.

El significado de cada coeficiente se determinó por valor de F

y P-(problemas) valor (Tabla 3). Los valores de "Prob> F" a

menos de 0,0500 indican que los términos del modelo son

significativas. Correspondientes valores de p sugieren que,

entre las variables de prueba utilizados en este estudio, x2

(presión),

x3 (pH), x2

1 (temperatura) 2, x2

2 (presión) 2 y x2

3 (pH) 2 son



términos significativos del modelo con los valores de p

inferiores a 0,05. pH, plazas de la temperatura, la presión de

las plazas y las plazas de pH tiene la mayor efecto en exceso

enantiomérico de benjuí. Otras interacciones se encuentranpara ser insignificante.

El coeficiente de determinación (R2) del modelo fue 0,9623,

lo que indica que el modelo de una representación adecuada

de las relaciones entre los parámetros seleccionados. Los

resultados del análisis mostraron que los valores

experimentales fueron significativamente de acuerdo con los

valores previstos y también sugirió que el modelo de laecuación. (4) fue satisfactoria y precisa (Fig. 2).

Las parcelas del modelo de segundo grado con una variable

mantiene en constante nivel y las otras dos variables con los

rangos experimentales se shownin Figs. 3-5.Symmetrical

forma indica que una there was interacción significativa entre

los parámetros (P, T y pH; Figuras 3-5)..

Fig. 3 representa la interacción entre la presión y la

temperatura. El exceso enantiomérico mayor al aumentar la

presión de 70 bar a 80 bar y temperaturas desde 35 hasta 40

◦ C. El máximo ee se obtuvo un 60%. A temperatura y presión

constante aumento provoca un cambio en la conformación de

la enzima. Es posible mencionar que SCCO2 presión

afectaría a la estructura de la enzima, el cambio de su

actividad específica. Las interacciones entre Las moléculas

de CO2 y la enzima, cerca de la región crítica, se

incrementan y habilitada para estimular cambios en la

conformación de la enzima. Como resultado de esta

interacción los sitios activos de la enzima aparecen y catalizar



la síntesis enantioselectiva de benjuí a cierta presión.

A altas presiones enantioselectividad disminuye debido a la

formación de los carbamatos que nos lleva a la inactivación

de los enzima [17,23]. En la literatura se han obtenidoresultados similares. Presión podría inducir a la modificación

de la estructura y función de las partículas de la enzima que

conduce a un cambio en la actividad de la enzima, aunque el

papel de las moléculas SCCO2 durante el paso de catalizador

aún no está bien entendido. Ikushima et al. [23] informó sobre

el posible efecto de las moléculas de CO2 en la actividad de

la lipasa. Los investigadores estudiaron estructuras

secundarias

de una enzima en SCCO2 y las interacciones que operan

entre

de dióxido de carbono y moléculas de la enzima. Se encontró

que SCCO2

medio en la región crítica próximo, debe ser un disparador

para la activación

de la enzima que causa el movimiento de los grupos de lasuperficie

y la creación de un sitio activo, produciendo

una maquinaria estereoselectiva.

De una manera correspondiente, los otros autores señaló

que enantioselectividad

dependía de la presión en la hidrólisis enzimática

la 3-hidroxi-5-fenil-4-pentenoicacidethylester [17]. enantioselectividad

aumento de la presión y en el 103 el valor máximo de barras

se alcanzó. Después de la enantioselectividad se redujo con

de presión. Ellos pensaban que por encima de 103 bar la



enantioselectividad

lo que indica una disminución de la inactivación directa de la

enzima por la formación

de los carbamatos. Formación de carbamatos lleva a lainactivación de la enzima. Estos efectos predominó una

presión superior a 103 bar.

Del mismo modo, la esterificación de alcohol por

trifluorometilo lipasewas

examinado [1] y se encontró que el 55 ◦ C,

enantioselectividad

disminuye cuando la presión (8-19MPa)

aumentó. Propusieron

que el gran cambio en la densidad podría cambiar

significativamente la interacción

de CO2 y la enzima, provocando la formación de los

carbamatos de

de dióxido de carbono y los grupos amino libres en la

superficie de la enzima.

Estas interacciones pueden cambiar la conformación de laenzima en

respuesta a la presión.

Ikushima et al. [23] utiliza la transformada de Fourier infrarroja

(FTIR)

espectroscopia de supervisar la conformación de la enzima

durante SCCO2

esterificación. En un rango limitado de presión de 7,7 8.5MPa,dramática

cambios en la C. cylindracea lipasa ocurrido para aumentar la

velocidad de las reacciones de esterificación. El rango de

presión en la que el



enzima cataliza la producción de compuestos ópticamente

activos

coincidió con el rango de presión en la que el repentino

conformacionallos cambios se llevó a cabo [23]. En la esterificación del ácido

n-valérico

y citronelol en SCCO2, Ikushima [24] observó un fuerte

aumento

en la velocidad de reacción a presiones cercanas a la región

crítica de CO2.

En la figura. 4, los efectos de la temperatura y el pH en

enantiomérica

el exceso se muestra. A valores de pH bajos (hasta pH 7)

enantiomérica

el exceso de aumento de hasta 40 ◦ C, luego disminuyó

debido a la inactivación

de la enzima en función de la temperatura. La actividad

enzimática se

determina como 0,044, 0,0398 y 0,038 mol de éster / g deenzimas para la 35,

40 y 45 ◦ C, respectivamente, a 90 bar.

La disminución de exceso enantiomérico por la temperatura

también puede

atributo de densidad decreciente por la temperatura a presión

constante.

Disminución de la densidad de los resultados de bajainteracción entre el CO2

y la enzima. En particular, en condiciones supercríticas, las

pequeñas variaciones

en el resultado de la presión en los valores de alta densidad



y, en consecuencia

es posible en gran medida varían todos los dependientes de

la densidad de otras propiedades.

Este comportamiento también está bien documentada poralgunos autores

[3]. El aumento de la densidad también provoca un aumento

en supercríticos

poder disolvente en fase y, en consecuencia, hay una mayor

interacción

entre la enzima y el CO2.

Fig. 5 representa el efecto del pH y la presión sobre los

enantiómeros

el exceso de benjuí. Exceso enantiomérico pasado por

amaximum

y luego disminuyó al aumentar la presión. A pH 7 y

80 bares de presión llevó al exceso enantiomérico máximo.

Los valores óptimos de las variables mediante la resolución

de la ecuación. (4) conel experto en diseño de software se obtuvieron a

40 ◦ C, 78,9 bar y

pH 6,4 al 62% (R-benjuí). Con el fin de verificar este

resultado, la síntesis

de benjuí en SCCO2 se llevó a cabo en condiciones óptimas,

el 63%

(R-benjuí) de enantiómeros valuewas exceso obtenido

experimentalmente

de acuerdo con la predicción del modelo.

En condiciones óptimas (a 40 ◦ C, 78,9 bar y pH 6,4), la

efectos de las bases añadido al medio de

reacción como DMAP (4 -



dimetilaminopiridina) y trietilamina en exceso enantiomérico

fueron investigados. La adición

de DMAP considerablemente mejorada

el exceso enantiomérico (80% S-benjuí), mientrasque trietilamina había

efecto negativo en ee. Es interesante

que DMAP cambiado también el

steroselectivity como S-benjuí.

5. conclusiones

RSM éxito podría optimizar las condiciones de reacción para

maximizar el exceso enantiomérico de benjuí. Las

condiciones óptimas

fueron 40 ◦ C, 78,9 bar y pH 6,4, el más alto enantiomérica

exceso de benzoinwas 62% (R-benjuí). En las condiciones

óptimas

DMAP fue añadido al medio de reacción y el exceso

enantiomérico

alcanzó el 80% (S-benjuí). Este estudio es el

compromiso de seguirLos estudios con otros hidroxi-cetonas en medio de

reacción SCCO2.

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