Mentolün esterleşme reaksiyonuna lipazların etkisi
The Effect of lipases on the esterification of menthol
- Tez No: 98493
- Danışmanlar: PROF.DR. H. AYŞE AKSOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1999
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
MENTOLÜN ESTERLEŞME REAKSİYONUNA LİPAZLARIN ETKİSİ ÖZET (-)-Mentol, Mentha arvenisis ve Mentha piperita'dan. elde edilen nane yağının ana bileşenidir ve güzel kokusu ve ferahlatıcı etkisi sebebiyle kozmetik, gıda ve ilaç sanayiinde geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bitkisel kaynaktan elde edilen (-)- mentol, dünya mentol ihtiyacını karşılayacak miktarda olmadığından, kimyasal yöntemle de mentol sentezlenmektedir. Ancak bazı yeni yöntemlerin kullanımı haricinde, kimyasal yöntemle elde edilen mentol rasemik mentoldür. Rasemik mentolün kokusu ve ferahlatıcı etkisi (-)-mentol kadar güçlü olmadığından, kullanımdan önce enantiomerlerine aynştınlmalıdır. Rasemik bir karışımın enantiomerlerine ayrıştırılması işlemi resolüsyon olarak adlandırılır. Gerek deneysel koşullarının uygunluğu, gerek yüksek enantioseçicilikleri sebebiyle, biyokatalizör kullanımı ile enantiomerlerin ayrıştırılması, gelecek yüzyıl için büyük umut vaat eden bir yöntemdir. Bu çalışmada, rasemik mentolün resolüsyonuna ışık tutmak amacıyla (-)-mentolün enzdmatik esterleşme reaksiyonu incelenmiştir. Tüm reaksiyonlarda çözücü olarak izooktan kullanılmıştır ve mentol molaritesi 200 mM olarak sabit tutulmuştur. Esterleşme reaksiyonu sonucu açığa çıkan suyu uzaklaştırmak amacıyla kullanılan moleküler elek, inkübasyondan bir saat sonra reaksiyon ortamına ilave edilmiştir. Tüm analizler, kapiler gaz kromatografisi yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Öncelikle, 4 farklı ticari enzim kullanılarak, mentolün esterleşme reaksiyonu için uygun olan enzimin belirlenmesi hedeflenmiştir. Kullanılan enzimler, Mucor miehei orijinli imobilize enzim Lipozyme İM, yine Mucor miehei orijinli sıvı enzim Novozym 388, Humicola sp. orijinli SP 398 ve Candida cylindracea orijinli toz enzim Lipase AY“Amano”30'dur. 10 mi izooktanda, (-)-mentol/oleik asit=2/4 mmol oranında, 35°C'de, 500 U/gkanşun enzim kullanılarak Lipozyme İM ve Novozym 388 katalizörlüğünde gerçekleştirilen reaksiyonlarda, 48 saat sonunda elde edilen (-)-mentol dönüşümleri sırasıyla % 1,9 ve %2,3'tür. Novozym 388 ile gerçekleştirilen deneyde mikroemülsiyon ortamı oluşturmak amacıyla Plurafac LF 22 isimli noniyonik bir ticari yüzey aktif madde (y.a.m) kullanılmış ve hidrasyon oranı, [H20]/[y.a,m]=6 olacak şekilde ayarlanmıştır. SP 398 katalizörlüğünde, (-)-mentol/laurik asit=2/4 mmol oranında, 35°C'de, 500 U/gkanşun enzim ve lg moleküler elek kullanılarak gerçekleştirilen reaksiyona ait numunelerin gaz kromatografik analizleri sonrasında kromatogramlarda, kolondaki xiialıkonma süreleri (-)-mentol-laurik asit esterinin kolondaki alıkonma sûresinden farklı olan bazı yabancı piklerin varlığı gözlenmiştir. (-)-Mentol-srvı enzim ve laurik asit-srvı enzim etkileşimlerinin incelendiği şahit denemelerle yabancı piklerin, laurik asit ve ticari enzim preparatının içerdiği şekerler arasında gerçekleşen esterleşme reaksiyonu sonucu oluşan şeker esterlerine ait olduğu belirlenmiştir ve SP 398'in mentolün esterleşme reaksiyonu için uygun bir enzim olmadığına karar verilmiştir. Lipase AY“Amano”30 ile gerçekleştirilen ilk reaksiyon ise, SP 398 katalizörlüğünde yürütülen reaksiyonla aynı koşullara sahiptir ve 48 saat sonundaki (-)-mentol dönüşümü %0,6'dır. Literatürde, bu enzimin noniyonik bir yüzey aktif madde olan glutamik asit dioleil ester ribitol amid ile kaplı formunun (-)-mentolün esterleşme reaksiyonunu başarıyla katalizlediği açıklanmıştır. Bu bilgiye dayanarak, reaksiyonun gerçekleştirildiği koşullarda başarılı bir sonuç elde edilememesine rağmen, Lipase AY“Amano”30'un orijinal, yani toz halindeki kullanımının mentolün esterleşme reaksiyonuna etkisinin incelenmesine karar verilmiştir. Çeşitli enzim ve moleküler elek miktarları ve sıcaklıklar ile yürütülen reaksiyonlarla enzimatik esterleşme reaksiyonun optimum koşullan belirlenmiştir. Yağ asidi cinsinin ve (-)-mentol/yağ asidi mol oranının etkilerinin yanı sıra, toz enzimin rasemik mentolün esterleşme reaksiyonuna etkisi de incelenmiştir. Ayrıca toz enzimin noniyonik ticari bir yüzey aktif madde olan Dehymuls Sorbitan Monostearat ile kaplı formu ile de (-)- ve rasemik mentol reaksiyonları gerçekleştirilmiştir. Yağ asidi cinsinin etkisinin incelenmediği tüm reaksiyonlarda yağ asidi olarak laurik asit kullanılmıştır. Toz formdaki Lipase AY“Amano”30 ile (-)-mentol/laurik asit=2/l mmol oranında yürütülen reaksiyonlar sonucunda en uygun moleküler elek miktarı 0,1 g; enzim miktarı 1,5 genzim/g(->mentd, reaksiyon sıcaklığı ise 35°C olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda 24 saat sonunda elde edilen laurik asit (12:0) dönüşümü %96,9'dur. Aynı koşullarda, miristik asit (14:0), palmitik asit (16:0), margarik asit (17:0), stearik asit (18:0) ve oleik asit (18:1) ile gerçekleştirilen reaksiyonlarla yağ asidi cinsinin etkisi incelenmiştir. En düşük ve en yüksek dönüşüm hızlan sırasıyla miristik asit ve margarik asit kullanımında gözlenmiştir. Palmitik asit ve stearik asite ait dönüşüm hızlan ise, palmitik asit dönüşüm hızının bir miktar daha yüksek olmasıyla birlikte, hemen hemen eşittir. Doymuş yağ asMeriyle gerçekleştirilen reaksiyonlara ait veriler değerlendirilerek, miristik asit haricinde, yağ asidi zincirinin uzamasıyla dönüşüm bi7inm yükseldiği, ancak bu yükselişin lineer olmadığı sonucuna varılmıştır. 18 karbonlu doymuş bir yağ asidi olan stearik asit ve yine 1 8 karbonlu doymamış bir yağ asidi olan oleik asitle gerçekleştirilen reaksiyonlar kıyaslandığında ise, oleik asit reaksiyonunun, stearik asit reaksiyonundan daha hızlı ilerlediği tespit edilmiş ve Lipase AY“Amano”30'un doymamış yağ asidine karşı seçici davrandığı beMenmiştir. Mol oranının etkisinin incelenmesi amacıyla 2/1, 2/2 ve 2/4 mmol oranlarında (-)-mentol ve laurik asit ile gerçekleştirilen deneylerde ise 2/2 mmol oranında 48 saat sonunda %93'lük dönüşüm elde edilmiş ve takip eden deneyler bu mol oranında yürütülmüştür. Toz enzim katalizörlüğünde rasemik mentol ile gerçekleştirilen reaksiyonda, 48. saate ait mentol dönüşümünün, aynı koşullarda (-)-mentol ile yürütülen reaksiyona ait mentol dönüşümünün yaklaşık yansı olduğu ve toz enzimin (-)-mentole karşı seçicilik gösterdiği tespit edilmiştir. Bu reaksiyonda, 48 saat sonunda (+)-mentolün yaklaşık %20,8'inin reaksiyona girdiği belirlenmiştir. xiiiAynı koşullarda, sorbitan monostearat ile kaplı enzim katalizörlüğünde, (-)-mentol ile gerçekleştirilen deneyde ise, reaksiyon hızının şiddetle artmış olduğu belirlenmiştir: 1. saat sonunda %81, 4. ve 6. saat sonunda sırasıyla %93,8 ve %94 (-)-mentol dönüşümü elde edilmiştir. Sorbitan monostearat ile kaplı enzim katalizörlüğündeki (-)-mentol reaksiyonu ile paralel koşullarda gerçekleştirilen ve sorbitan monostearat üe kaplı enzimin kullanıldığı rasemik mentol reaksiyonunda ise, 6. saate ait mentol dönüşümünün yine yaklaşık yan yarıya düşmüş olduğu belirlenmiştir ve bu saate ait (+)-mentol dönüşümü yaklaşık olarak %27,5'tir. Aynı koşullarda toz ve sorbitan monostearat ile kaplı enzim katalizörlüğünde yürütülen rasemik mentol reaksiyonlarının sonuçlarının kıyaslanmasıyla, toz Lipase AY“Amano”30'u sorbitan monostearat ile kaplamanın enantioseçicüiğe etki etmediği belirlenmiştir. xıv
Özet (Çeviri)
THE EFFECT OF LIPASES ON THE ESTERIFICATION OF MENTHOL SUMMARY (-)-Menthol is the main component of peppermint oil obtained from Mentha arvenisis and Mentha piperita. Because of its cooling and refreshing effects, (-)-menthol is largely used in cosmetics, cigarettes, sweets, chewing gums, liqueurs, toothpastes and medicines. The amount of (-)-menthol obtained from naturel source is not sufficient to meet world's menthol demand, therefore menthol is beeing synthesized by chemical methods. The product of these chemical reactions, except by a few new methods, is a racemic mixture. Because the cooling and refreshing effects of racemic menthol is poorer than (-)-menthol, before use racemic menthol should be separated into its enantiomers by a special method called resolution. In resolution of racemic mixtures, the usage of biocatalysts will probably be the most useful method in the next century, due to the mild reaction conditions and enantioselectivity of biocatalysts. In this study, the enzymatic esterification of menthol was investigated, aiming to verify the first step of the resolution of racemic menthol. All experiments were conducted in isooctan and menthol molarity was kept at 200 mM constant. Molecular sieve (4Â), used for the removal of water, was added always 1 hour after the incubation started. All analyses were carried out by capillary gas chromatography method. The effect of four commercial lipases, Lipozyme IM (an immobilized lipase from Mucor miehei), Novozym 388 (a liquid lipase from Mucor miehei), SP 398 (a liquid lipase from Humicola sp.) and Lipase AY“Amano”30 (a powder lipase from Candida cylindraceti) on the esterification of (-)-menthol were examined first. Reactions catalyzed by Lipozyme IM and Novozym 388 were performed at 35°C with a mmol ratio of 2/4 (-)-menthol/oleic acid and enzyme content was 500 U/gmixture. The reaction catalyzed by Novozym 388 was conducted in microemulsion system with a hydration ratio of 6 [H20]/[surfactant]. The emulsifier was a nonionic surfactant with commercial name Plurafac LF 22. The (-)-menthol conversion after 48 hours were %1,9 and %2,3, respectively. The reaction catalyzed by SP 398 was carried out at 35°C with a mmol ratio of 2/4 (-)-menthol/lauric acid. Enzyme content was 500 U/gmixture and lg moleculer sieve was added to the reaction medium one hour after incubation started. After gas chromatographic analyses it was seen, that the samples of this reaction contained some strange products with different retention times than the retention time determined for menthol-lauric acid ester. Therefore blank experiments were xvconducted and it was pointed out, that these strange products were esters, which were produced between the reaction of lauric acid and sugars that the commercial enzyme preparate contains, so these esters were not menthol esters. The first esterification catalyzed by Lipase AY“Amano”30 was carried out under the same reaction conditions with the reaction catalyzed by SP 398. The (-)-menthol conversion at 48th hour was %0,6. It had been reported, that Lipase AY in its coated form with the nonionic surfactant glutamic acid dioleyl ester ribitol amide was a successful catalyst in menthol esterification; therefore it was decided to investigate the effect of Lipase AY“Amano”30 on menthol esterification in its original form. The optimum conditions for the menthol esterification catalyzed by powder Lipase AY“Amano”30 were determined by reactions carried out at various temperatures with different enzymes contents and molecular sieve amounts. The effects of the fatty acid type and the mol ratio of (-)-menthol to fatty acid were examined. Furthermore the effects of the powder and surfactant-coated enzyme coated with the commercial nonionic surfactant Dehymuls SMS (sorbitan monostearate) on the racemic menthol esterification were investigated. The optimum conditions for the menthol esterification determined with reactions catalyzed by powder Lipase AY“Amano”30 at (-)-menthol/lauric acid mmol ratio of 2/1 were as follows: Enzyme content=l,5 genzyne/goo-menthoi; molecular sieve amount= 0,lg, reaction temperature=35°C. At these conditions, the conversion of lauric acid (12:0) after 24 hours was %96,9. To investigate the effect of fatty acid type on the (-)-menthol esterification, reactions were conducted with miristic acid (14:0), palmitic acid (16:0), margaric acid (17:0), stearic acid (18:0) and oleic acid (18:1) at mmol ratio (-)-menthol/fatty acid of 2/1 under optimum conditions. The lowest and the highest conversion rates were obtained with miristic acid and margaric acid, respectively. The conversion rates of palmitic acid and stearic acid were almost equal The comparison of reactions carried out with various saturated fatty acids indicated that the conversion rate increased with the increase of carbon number of fatty acid, but the relationship was not linear. By comparison between the reactions conducted with stearic acid and oleic acid, it was determined that Lipase AY“Amano”30 in its powder form had a selectivity toward unsaturated fatty acid, because the conversion rate of oleic acid was higher than that of stearic acid. The effect of the mol ratio of (-)-menthol/lauric acid was investigated with reactions conducted at mmol ratios 2/1, 2/2 and 2/4. The conversion at 2/2 mmol ratio after 48 hours was %93,1; therefore the following esterification reactions of (-)-, and racemic menthols were carried out at this mmol ratio. The esterification of the racemic menthol was performed at the same conditions with the reaction of (-)-menthoL At 48 hours after incubation the menthol conversion obtained with the racemic menthol was about half of that obtained with (-)-menthol. These results showed that under these conditions the powder Lipase AY“Amano”30 acted enantioselective toward (-)-menthol. The conversion of (+)-menthol for that reaction at equilibrium stage was approximately %20,8. xviThe esterification of (-)-menthol and lauric acid catalyzed by the sorbitan monostearate-coated enzyme had a much higher conversion rate than the reaction catalyzed by powder enzyme under the same conditions. By the use of sorbitan monostearate-coated enzyme at one hour after incubation the conversion was %81; at 4 hours and 6 hours after incubation %93,8 and %94; respectively. By the reaction of the racemic menthol catalyzed by sorbitan monostearate-coated enzyme, the conversion obtained 6 hours after incubation was again about half of the reaction of (-)-menthol catalyzed by sorbitan monostearate-coated enzyme, and the (+)-menthol conversion at equilibrium stage was approximately %27,5. From the results of the reactions of racemic menthol carried out by powder and coated enzymes, it was shown, that coating the powder Lipase AY“Amano”30 with sorbitan monostearate had no effect on the enantioselectivity of this cited enzyme, because at equilibrium stage (+)-menthol conversions of both reactions were approximately equal xvu
Benzer Tezler
- Enantioseçici mentol esterleşmesine enzim ve çözücü etkisi
Effect of enzyme and solvent on the enantioselective esterification of menthol
ŞEBNEM ALPASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE AKSOY
- Mentolün bazı karboksilik asitlerle verdiği esterlerin sentezi
Synthesis of menthol esters of some carboxlic acids
MUSTAFA ELİK
- Sağlıklı gönüllülerde felodipinin farmakodinamik parametreleri üzerine mentolün etkisi
Effects of menthol on pharmacodynamic parameters of felodipine in healthy volunteers
DİLARA BALKAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2003
Eczacılık ve FarmakolojiDokuz Eylül ÜniversitesiFarmakoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. AYŞE GELAL
- Parsiyel mesane obstrüksiyonlu sıçanlarda gelişen erektil disfonksiyonda TRP kanallarına ilişkin değişiklikler: Ekspresyonları ve dağılımları
Changes related to TRP channels in erectile dysfunction in rats with partial bladder obstruction: Their expression and distribution
GAMZE TOKTANIŞ
Doktora
Türkçe
2024
Eczacılık ve FarmakolojiAnkara ÜniversitesiFarmakoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERAP GÜR
- Enantioselective reduction and alkylation reactions with menthoxymethyl chloride derivaties
Mentoksimetil klorür türevleri ile enansiyoseçici indirgenme ve alkilleme reaksiyonları
ZEHRA ALKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1997
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYHAN SITKI DEMİR