Flavonoides - biotransformação em derivados de valor acrescentado

Abstract

A biotransformação de compostos orgânicos é uma área de estudo que surge como ponto de encontro entre várias vertentes científicas, como a química orgânica e a biotecnologia industrial. O objetivo é fazer uso das capacidades de enzimas e/ou microrganismos para alterar propriedades físico-químicas e biológicas de compostos, constituindo-se como uma ferramenta muito útil em síntese química, farmacêutica e biotecnológica. Além disso, pretendem-se desenvolver rotas sintéticas mais sustentáveis tendo em conta a sua aplicabilidade industrial. A horseradish peroxidase (HRP) é uma enzima relativamente estável capaz de oxidar um vasto conjunto de substratos usando peróxido de hidrogénio como oxidante. Os flavonoides e compostos análogos estão presentes numa vasta gama de plantas e frutos, apresentando efeitos benéficos para a saúde humana devido às suas propriedades antioxidantes e anti-inflamatórias, entre outras. No entanto, alguns derivados apresentam reduzida solubilidade e estabilidade em meio aquoso o que condiciona a sua aplicação em formulações medicinais. Nesta dissertação, explorou-se o potencial dos métodos biocatalíticos para biotransformar um conjunto de compostos em produtos interessantes através de “one-step reactions”. Para tal, sintetizaram-se diversos compostos flavonoides e compostos afins recorrendo a procedimentos clássicos de química orgânica. Antes de realizar os estudos de biotransformação, tentou-se encontrar um equilíbrio entre as condições de atividade da enzima e a solubilidade dos compostos em meio orgânico. As reações catalisadas pela HRP permitiram obter derivados mono-hidroxilados e polímeros dos compostos usados como substratos, concluindo-se que existem posições-chave na estrutura dos compostos para serem transformados por catálise enzimática. A evolução das reações foi seguida por tlc e HPLC, enquanto para a identificação dos compostos sintetizados ao longo deste trabalho se recorreu essencialmente à espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) e à espetrometria de massa (EM).

Biotransformation of organic compounds is a research area that arises as a meeting point between various scientific fields, like organic chemistry and industrial biotechnology. The aim is to make use of the capabilities of enzymes and/or microorganisms to modify physicochemical and biological properties of compounds, which is a useful tool in chemical, pharmaceutical and biotechnological synthesis. Horseradish peroxidase (HRP) is an enzyme fairly stable capable of oxidize a wide range of substrates using hydrogen peroxide as oxidant. Flavonoids and flavonoid-type compound are presented in many plants and fruits, and have beneficial effects in human health due to its antioxidant and anti-inflammatory properties, among others. However some derivatives exhibit low solubility and stability in aqueous media which complicates its applicability in medical formulations. In this dissertation, it was explored the potential of biocatalytic methods to transform a set of compounds into interesting products by “one-step” reactions. To achieve this goal, we synthesized a series of flavonoid and flavonoid-type compounds using classical organic chemistry methods. Before biotransformation studies, we tried to find a balance between conditions of enzymatic activity and compounds solubility in organic media. The reactions catalyzed by HRP allowed to obtain monohydroxylated derivatives and polymers of the compounds used as substrates, concluding that there are key positions in compounds structure to be transformed by enzymatic catalysis. The course of reactions was followed by tlc and HPLC, whereas the structural elucidation of the synthesized compounds was made mainly with nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) and mass spectrometry (MS).