Geri Dön

Enantioseçici mentol esterleşmesine enzim ve çözücü etkisi

Effect of enzyme and solvent on the enantioselective esterification of menthol

  1. Tez No: 142962
  2. Yazar: ŞEBNEM ALPASLAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. AYŞE AKSOY
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2003
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 90

Özet

Mentol optikçe aktif izomerlerden oluşmuş bir sekonder kiral alkoldür. (-)-Mentol ve esterleri endüstriyel açıdan (±)-mentol ve diğer izomerlerden daha çok önem taşımaktadır. (-)-Mentol kendine özgü tadı, nane kokusu ve serinletici etkisi sebebiyle besin,kozmetik, ilaç ve gıda sanayiinde yaygın biçimde kullanılmaktadır. Mentha Piperita (peppermint) ve Mentha Arvensis ( Japanese mint) adı verilen bitkilerden ekstraksiyon gibi yollarla elde edilebildiği gibi kimyasal sentez yöntemiyle de elde edilebilmektedir. Bitkilerden elde edilen (-)-mentol ihtiyaca cevap vermediğinden, (-)-mentolün büyük kısmı kimyasal yöntemlerle elde edilmektedir. Ancak kimyasal yolla sentezlenen mentol (±)-mentol olup rasemik karışımın etkin bir biçimde enantiomerlerine ayrılması (resolüsyonu) gerekmektedir. Diğer resolüsyon yöntemlerine kıyasla enzimatik resolüsyonun seçiciliği daha yüksektir. Bu çalışmanın amacı mentolün yağ asidi ile enantioseçici esterleşme reaksiyonuna enzim ve çözücü etkisinin incelenmesidir. Tüm reaksiyonlarda yağ asidi olarak oleik asit kullanılmış ve mentol konsantrasyonu 200 mM olarak sabit tutulmuştur. Enzimatik esterleşme reaksiyonu için en uygun enzimi tespit etmek amacıyla Pseudomonas cepacia orijinli Lipaz PS“Amano”ve Candida rugosa orijinli Lipaz AYS“Amano”olmak üzere iki enzimle çalışılmıştır. Lipaz PS ile yürütülen reaksiyonların büyük çoğunluğu organik çözücüsüz ortamda, bir miktar su varlığında, (-)-mentol/oleik ash mol oram 1/3 mol olacak şekilde, 30°C'de, 24 saat boyunca gerçekleştirilmiştir. Enzim miktarı, su miktarı, karıştırma hızı gibi reaksiyon parametreleri değiştirilerek pek çok deney yapılmasına karşın (-)- mentol dönüşmesi en âzla %1.5 olarak bulunmuştur. Lipaz PS ile başarılı sonuç alınamadığından (-)-mentolün oleik asit ile esterleşme reaksiyonu için Lipaz AYS“Amano”Ue bir ön deneme reaksiyonu gerçekleştirilmiştir, (-)-mentol dönüşmesi oldukça yüksek bulunduğundan çalışmalara bu enzim ile devam edilmesine karar verilmiştir. Lipaz AYS“Amano”ile gerçekleştirilen tüm reaksiyonlarda organik çözücü ortamında çalışılmış ve reaksiyon ortamına enzim eklendikten 1 saat sonra 0.1 g moleküler elek ilave edilmiştir. Bu çalışmada Lipaz AYS“Amano”tarafindan katalizlenen (-)-mentolün oleik asit ile esterleşme reaksiyonu için optimum enzim miktarı, reaksiyon sıcaklığı ve (-)- mentol/oleik asit mol oram tespit edilmiştir. Çözücü ve enzimin mentolün enantioseçici esterleşmesine etkisini incelemek maksadıyla belirlenen optimum şartlarda ve çeşitli çözücülerde (±)-mentol ve oleik asitin esterleşme reaksiyonu gerçekleştirilmiştir. Kullanılan enzim miktarı endüstriyel uygulamalarda ekonomiyi etkileyen en önemli faktörlerdendir. (-)-Mentolün oleik asit ile esterleşme reaksiyonuna enzim miktarının etkisini görmek için 35°C'de, izooktan ortamında, (-)-mentol/oleik asit mmol oram 2/1 olacak şekilde, 24 saat boyunca, sırasıyla 500, 1000 ve 1500 U enzim

Özet (Çeviri)

Menthol is a secondary chiral alcohol that is composed of optically active isomers. (-)-Menthol and its esters are more important from industrial point of view than (±)- menthol and other isomers of menthol. Becouse of its flavor, refreshing coolness and peppermint odour, it has been widely used in foods, cosmetics and pharmaceutics. It may be either obtained from Mentha arvensis (Japanese Mint) and Mentha piperita (Peppermint) or may be produced on industrial scale by chemical methods. Today, as (-)-menthol obtained from these plants is not able to meet the demand, the majority of (-)-menthol is obtained by chemical methods. If we synthesize menthol by organic synthesis, racemic compounds are obtained. Therefore an efficient seperation method for the racemic compounds is needed. Enzymatic resolution of menthol is highly selective compared with other resolution methods. This work was aimed at investigating the effect of enzyme and solvent on the enantioselective esterification of menthol with fatty acid. The fatty acid used in all experiments was oleic acid and menthol molarity was kept constant at 200 mM. In order to select the suitable enzyme for the enzymatic esterification reaction, two different lipases were used. These were Lipase PS 'Amano 'from Pseudomonas cepacia and Lipase AYS“Amano”from Candida rugosa. Reactions catalyzed by Lipase PS were carried out in organic solvent-free system at 30 °C. A mixture of (-)-menthol/oleic acid (1/3, mole/mole), water and lipase was incubated at 30“C for 24 hours with stirring. Although many experiments were carried out by changing the system parameters like amount of water, strirring rate, enzyme content, etc. it was not possible to obtain a higher conversion of (-)-menthol than %1.5 with Lipase PS. As Lipase PS was not successful for the esterification reaction of (-)-menthol and oleic acid, a control experiment with Lipase AYS ”Amano“ was carried out for the same reaction. As the (-)-menthol conversion found to be high for the control reaction, it was decided to use Lipase AYS ”Amano“. All the reactions catalyzed by Lipase AYS ”Amano“ carried out in organic solvent and 0.1 g molecular sieves was added to the reaction medium one hour after incubation started. The optimum conditions for the esterification reaction of (-)-menthol and oleic acid catalyzed by Lipase AYS ”Amano“ were determined. Optimum enzyme content, optimum mole ratio of (-)-menthol to oleic acid and optimum temperature were determined. In order to see the effect of organic solvent and enzyme on the enantioselective esterification of (±)-menthol and oleic acid, reactions in different solvents were performed under optimum conditions. The amount of enzyme used is a crucial economical factor for successful industrial applications. To investigate the effect of enzyme amount on the esterification reaction, at 35°C, in isooctane, with a mole ratio of (-)-menthol/oleic acid 2/1 mmole, reactions performed with enzyme loads of 500, 1000 and 1500 U for 24hours. The optimum enzyme amount determined was 1000 U. At these conditions, the conversion of (-)-menthol was %45 The optimum mole ratio of (-)-menthol to oleic acid was investigated by reactions carried out at mmole ratios of 2/1, 2/2 and 2/4. The conditions of reactions were set as follows : Reaction temperature, 35 °C; the amount of lipase, 1000 U; organic solvent, isooctane. The highest (-)-menthol conversion was found to be %83.5 for the mmole ratio of 2/4. To determine the optimum temperature, reactions at 30, 35, 45 and 55 ”C were conducted for 24 hours in isooctane with (-)-menthol/oleic acid mmole ratio of 2/4. The optimum temperature for the reaction was 35°C with a (-)-menthol conversion of %83.5. The esterification reaction of (±)-menthol and oleic acid was conducted for 24 hours at optimum conditions determined for the esterification reaction of (-)-menthol in isooctane. After 24 h, the menthol conversion obtained for (±)-menthol was %28.9 while the conversion obtained for (-)-menthol was %83.5 under the same conditions. It is possible to decide that in these conditions, Lipase AYS 'Amano' is enantioselective towards (-)-menthol but to make a conclusion, it is needed to perform the reactions with (+)-menthol under the same conditions. In the present study, various organic solvents were examined for their effect on conversion and enantioselectivity for lipase catalysed esterification of (±)-menthol and oleic acid. For studying the effect of solvents on conversion as well as enantioselectivity, the esterification reaction of (±)-menthol and oleic acid was performed for 24 h at optimum conditions in various solvents. The (-)-menthol conversions in isooctane (log P= 4.5), n-heptane (log P=4.0), n-hexane (log P= 3.5), cyclohexane (log P= 3.2) and toluene (log P= 2.5) are determined as %28.9, %5.9, %13.8, %16.9 and %2.5. From the above results it can be concluded that the log P value is not the only decisive parameter for the conversion. The (-)-menthol conversion in cyclohexane is higher than n-hexane. This result is parallel with the information given in the literature that lipase shows higher activity in organic solvents having a branched or cyclic group than in the solvents having a straight chain. On the basis of results, isooctane gave the best result with regard to the menthol conversioa To determine enantioselectivity of the enzyme for (±)-menthol esterification in different solvents, analyses with the chiral column Cydex-P (50 m x 0.22 mm internal diameter x 0.25 urn) were carried out. Although many analyses were conducted by changing the analyse conditions the ester peak areas couldn't be determined. It was decided that this column was not suitable for analyzing the esterification products of menthol

Benzer Tezler

  1. Tez No

    68596

    Enantioselective reduction and alkylation reactions with menthoxymethyl chloride derivaties

    Mentoksimetil klorür türevleri ile enansiyoseçici indirgenme ve alkilleme reaksiyonları

    ZEHRA ALKAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1997

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYHAN SITKI DEMİR

  2. Tez No

    93256

    Synthesis and catalytical activity of new chiral 2-substituted pynolle derivatives of alpho amino acids and beta amino alcohols

    Alfa amino asit ve beta amino alkollerinden yeni kiral 2-substute pirol türevlerinin sentezi ve katalitik aktiviteleri

    ZUHAL ARKIN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2000

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYHAN SITKI DEMİR

    PROF. DR. İDRİS MECİDOĞLU AKHMEDOV

  3. Tez No

    442265

    Enantioselective michael addition of diethyl malonate to nitroolefins with bifunctional 2-aminodmap/urea organocatalyst

    Bifonksiyonel 2-aminodmap/üre organokatalizörü ile dietil malonatın nitroolefinlere enantiyoseçici mıchael katılması

    İREM BAKIRCI ÇETİNKAYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CİHANGİR TANYELİ

  4. Tez No

    579943

    Enantioselective synthesis of furyl substituted pyrrolidines

    Furil sübstitüye pirolidin türevlerinin enantioseçici sentezi

    MİHRİMAH ARAZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZDEMİR DOĞAN

  5. Tez No

    574677

    Chiral metal catalyzed enantioselective sythesis of pyridinyl pyrrolidine derivatives

    Kiral metal katalizörleriyle piridinil pirolidin türevlerinin enantioseçici sentezi

    ZEYNEP GÖZÜKARA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZDEMİR DOĞAN

Geri Dön