BIOCATALlZADORES BASADOS EN COMPOSITES MIXTOS DE METACRILATO-síLlCE

La presente invención se refiere a un biocatalizador basado en composites mixtos que contienen material de sílices mesoporosas unidas o "cementadas" con una resina orgánica y enzimas inmovilizados sobre los mismos. La presente invención también se refiere al procedimiento de síntesis de dichos biocatalizadores así como a su uso como soportes para la inmovilización de enzimas tales como las lipasas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Se ha descrito la utilización de diversos materiales silíceos como soportes para la inmovilización de enzimas dada la gran versatilidad que ofrecen estos materiales en diversos parámetros: A nivel textural existen sílices con distintos tamaños de partícula, diámetros de poro, área superficial e incluso en cuanto a poseer una estructura interna regular o amoría. A nivel químico también la versatilidad es enorme pues pueden funcional izarse con innumerables grupos funcionales con los que interaccionar con las enzimas ya sea mediante unión covalente o mediante interacciones no-covalentes. A este amplio margen de posibilidades hay que sumarle además la ventaja que proporciona su bajo coste.

La sílice mesoporosa tiene un diámetro de poro entre 2 y 50 nm. El tamaño de poro es importante para poder permitir la funcionalización de la sílice manteniendo diámetros suficientemente anchos en los canales de los poros que no dificulten una buena difusión del enzima y por tanto permitan un mejor aprovechamiento de la superficie interna del soporte. La inmovilización de lipasas sobre sílices requiere la funcionalización de la superficie de la sílice con grupos hidrofóbicos. El anclaje de grupos

hidrofóbicos sobre la superficie facilita la unión soportes formando así "sílices funcionalizadas". de lipasa sobre los 5 1 O Los soportes que se suelen utilizar más frecuentemente son de diferente naturaleza (polímeros orgánicos hidrofóbicos, polímeros naturales hidrofílicos funcionalizados con grupos hidrofóbicos, o materiales inorgánicos como sílice o vidrio poroso funcionalizado con grupos hidrofóbicos) . En general se utilizan materiales meso/macroporosos de estructura amoría, en los que el contacto entre la lipasa y la pared del soporte está limitado a una pequeña parte de la superficie enzimática. 15 Las lipasas son una familia de enzimas con actividad acil hidrolasa, que poseen un dominio hidrofóbico en su superficie, mediante el cual se regula el acceso de sustratos al centro activo. La inmovilización de lipasas por interacciones hidrofóbicas se lleva a cabo a través de este dominio sobre soportes de superficie hidrofóbica. Esta inmovilización de carácter no covalente no supone modificación química para la lipasa que podría resultar en una pérdida de actividad. 20 25 Se han descrito estudios previos en los que se muestran excelentes cargas de lipasa sobre estas sílices funcionalizadas con grupos hidrofóbicos: (Bianco, R.M., et al., Functionalization of mesoporous silica for lipase immobilization: Characterization of the support and the catalysts. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 2004. 30 (2) : p. 8393) y se ha demostrado su gran eficacia como biocatalizador. 30

No obstante los biocatalizadores puramente silíceos presentan a menudo pequeños tamaños de partícula y baja resistencia mecánica, lo que hace imposible su uso en algunos tipos de reactores y dificulta en extremo la recuperación del soporte. Asimismo, se han descrito resinas orgánicas para inmovilizar lipasas, especialmente resinas de metacrilato (Miletic, N., et al., Macroporous poly (glycidyl methacr y late-co-ethylene glycol dimethacr y late) resins Versatile immobilization supports for biocatalysts. Journal of Molecular 5 Catalysis B: Enzymatic, 2009. 56 (4) : p. 196-201 ) . Este tipo de resinas orgánicas no permiten la obtención de cargas de enzima tan altas como las sílices mesoporosas funcionalizadas. 1O Por otro lado, la sílice se puede funcional izar para dirigir las interacciones que se producen con la superficie de las enzimas para su inmovilización, alcanzándose altas cargas de enzima por gramo de sílice. Sin embargo, el tamaño de partícula de estos materiales no suele exceder de unas 60 micras, lo que en ocasiones dificulta su manejo. 15 Se han descrito recubrimientos de grupos orgánicos sobre materia inorgánica (patentes MXPA05008234 (A) y ES2152121 (A1) , soportes sobre base inorgánica con lugares de fijación para enzimas orgánicos AR245502 (A1) y soportes comerciales para inmovilización de enzimas 20 AR241793 (A1) . Por tanto, sería deseable proporcionar un nuevo tipo de biocatalizadores que consigan solventar los problemas de tamaño de la sílice mesoporosa funcionalizada y los problemas de carga de las resinas orgánicas. Es 25 decir, sería deseable diseñar soportes capaces de soportar altas cargas enzimáticas (al menos parecidas a las de las sílices funcionalizadas) , con suficiente área superficial, con suficiente diámetro medio de poro y con un tamaño de partícula superior a las 100 ~m para facilitar su recuperación y uso en un reactor. 30

DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un compuesto, preferiblemente un biocatalizador mixto, que comprende un soporte de composites mixtos de sílice y un polímero orgánico, y uno o más enzimas caracterizados por estar inmovilizados sobre dicho soporte. 5 Otro aspecto de la presente invención se refiere al procedimiento de preparación del compuesto, preferiblemente biocatalizador mixto, mencionado anteriormente que comprende: - una etapa de adición de la sílice a una mezcla de reactivos del 1O polímero orgánico y una fase de componente inerte que comprende agua y una mezcla de uno o más alcoholes, preferentemente ciclohexanol y tetradecanol; y - una etapa de adición de una disolución tamponada de la enzima, preferiblemente de lipasa. 15 Otro aspecto de la presente invención se refiere al uso del compuesto, preferiblemente biocatalizador mixto, definido anteriormente para catalizar procesos destinados a la obtención de compuestos con utilidad en la industria farmacéutica, química fina, cosmética y alimentaria. 20 Otro aspecto de la presente invención se refiere al uso del compuesto, preferiblemente biocatalizador mixto, definido anteriormente para catalizar procesos en disolventes o medios orgánicos de reacción. 25 Otro aspecto de la presente invención se refiere a un soporte para preparar el compuesto, preferiblemente biocatalizador mixto, definido anteriormente. Otro aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para 30 preparar el soporte de la reivindicación 19 que comprende una etapa de

adición de la sílice a una mezcla de reactivos del polímero orgánico y una fase de componente inerte que comprende agua y una mezcla de uno o más alcoholes, preferentemente ciclohexanol y tetradecanol. A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" 5 y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, componentes o pasos. El término "grupos alquilo", significa uno o más grupos alquilo de cadena lineal o ramificada, saturada o insaturada, cíclica o acíclica, que contiene 1O de 1 a 20 átomos de C, preferiblemente de 1 a 1O, aún más preferiblemente de 1 a 8, y todavía más preferiblemente de 8 atamos de C, e incluye, entre otros, los grupos metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, isobutilo, sec-butilo y tert-butilo, pentilo, hexilo, heptilo, octilo, etenilo, 1propenilo, 2-propenilo, isopropenilo, 1-butenilo, 2-butenilo, 3-butenilo, 315 octenilo, etinilo, 1-propinilo, 2-propinilo, 1-butinilo, 2-butinilo, 3-butinilo, 1 , 3-butadiinilo, ciclopropilo, ciclobutilo, ciclohexilo, cicloheptilo, ciclooctilo, y 2-ciclooctenilo; que puede estar opcionalmente sustituido por uno o más grupos tales como halo (fluor, cloro, bromo, iodo) , amino, hidroxilo, alcoxilo, nitro y nitrilo. 20 El término "grupos aromáticos", se refiere a anillo monocíclico o bicíclico de 5 a 12 miembros, que contiene opcionalmente de 1 a 4 heteroátomos seleccionados de O, S y N donde hay dobles enlaces conjugados que dan lugar a al menos dos formas resonantes equivalentes, e incluye entre 25 otros fenilo, naftilo, piridilo, tienilo y furanilo, que puede estar opcionalmente sustituido por uno o más grupos tales como halo (fluor, cloro, bromo, iodo) , amino, hidroxilo, alcoxilo, nitro y nitrilo. La invención se refiere pues a un compuesto, preferiblemente un 30 biocatalizador mixto, según se ha definido anteriormente.

En otra realización, la invención se refiere a un compuesto, preferiblemente un biocatalizador mixto, tal y como se ha definido anteriormente... [Seguir leyendo]

1. Un compuesto, preferiblemente un biocatalizador mixto, que comprende: -un soporte de composites mixtos de sílice y polímero orgánico; y -al menos uno enzima caracterizado por estar inmovilizado sobre dicho soporte.

2. El compuesto según la reivindicación 1 en el que los enzimas son lipasas.

3. El compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2 en los que los enzimas están en una cantidad de al menos 1 O mg por gramo de soporte, preferiblemente en una cantidad de entre 40 y 400 mg por gramo de soporte; y aún más preferiblemente en una cantidad de 150 mg por gramo de soporte.

4. El compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en los que el polímero orgánico es metacrilato.

5. El compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el soporte tiene un tamaño medio de poro de entre 1 O y 50 nm, preferiblemente de entre 12 y 30 nm.

6. El compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 donde el soporte tiene un tamaño de partícula de entre 1 O y 500 ~m, preferiblemente de entre 100 y 200 ~m.

7. El compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 donde la enzima se encuentra inmovilizada mediante interacciones hidrofóbicas. 5 1 O 8. El compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 donde la sílice está funcionalizada, preferiblemente con grupos alquilo o grupos aromáticos; aún más preferiblemente con grupos alquilo; y todavía más preferiblemente con grupos octilo. 9. Procedimiento para preparar el compuesto de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende: -una etapa de adición de la sílice a una mezcla de reactivos del polímero orgánico y una fase de componente inerte que comprende agua y una mezcla de uno o más alcoholes, preferentemente ciclohexanol y tetradecanol; y -una etapa de adición de una disolución tamponada de la enzima, preferiblemente de lipasa. 15 1O. Procedimiento según la reivindicación 9 donde en la etapa de adición de la sílice interviene un agente director, preferiblemente polivinil pirrolidona. 20 11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 ó 1 O donde en la etapa de adición de la sílice interviene un iniciador, preferiblemente azobisciclohexanocarbonitrilo. 25 12. Procedimiento según la reivindicación 11 donde el agente director de la estructura, el polímero orgánico, el iniciador y la mezcla de alcoholes son de la misma naturaleza. 30

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, donde la mezcla se mantiene a una temperatura de entre 50 y 1OOºC, preferiblemente de entre 50 y 80 ºC.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13 donde el tiempo de reacción de la etapa de adición de la sílice es de entre 2 y 12 horas, preferiblemente durante 6 h.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, donde el soporte es lavado con un disolvente, preferiblemente etanol.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, donde el soporte es posteriormente secado y tamizado.

17. Uso del compuesto de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 para catalizar procesos destinados a la obtención de compuestos con utilidad en la industria farmacéutica, química fina, cosmética y alimentaria.

18. Uso según la reivindicación 17 para catalizar procesos en disolventes o medios orgánicos de reacción.

19. Un soporte de composites mixtos de sílice y polímero orgánico para preparar el compuesto de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

20. Procedimiento para preparar el soporte de la reivindicación 19 que comprende una etapa de adición de la sílice a una mezcla de reactivos del polímero orgánico y una fase de componente inerte que comprende agua y una mezcla de uno o más alcoholes, preferentemente ciclohexanol y tetradecanol.