Synthesis of aromas and flavours by means of a chemoenzymatic allylic oxidation

ABSTRACT Various oxidative conversions are used extensively in synthetic organic chemistry. Some oxidation reactions of considerable value in organic synthesis are allylic oxidation and [1,3]-oxidative transposition. These reactions are thus among the few fundamental methods for C-H functionalization and are accompanied by a significant increase in the synthetic and/or commercial value of the target molecules. Indeed, they have been used for the synthesis of -unsaturated ketones and aldehydes, especially in the field of fragrances. The most valuable methods for direct oxidation involve Chromium(VI) reagents. Owing to the toxicity of many transition metals and the problematic separation of the product from trace metallic impurities, metal-catalyzed allylic oxidations are often unattractive from the industrial and environmental point of view. This situation has permitted the development of greener methods for allylic oxidations. Thus, in the last decade metal-free oxidations protocols and biocatalytic procedures are gaining in importance. To this end, oxoammonium salts, such as TEMPO+BF4- have been found to be highly attractive species because they are environmentally benign, recyclable oxidants that are very user-friendly and accomplish oxidation under extremely mild conditions. However the catalytic procedures are not economically sustainable. In this work, we developed a new and efficient catalytic system for the allylic oxidation and the [1,3]-oxidative transposition using the Laccase enzyme coupled with an oxo-ammonium salt or HBT (1H-benzol[d][1,2,3]triazol-1-ol) as mediator, and O2 as co-oxidant.

ESTRATTO IN LINGUA ITALIANA Le reazioni di ossidazione allilica ed il riarrangiamento ossidativo [1,3] degli alcoli allilici terziari sono tra le reazioni più importanti per la sintesi di composti organici. Le ossidazioni alliliche permettono la conversione di olefine in alcoli allilici e/o enoni, prodotti ad elevato interesse commerciale e scientifico. Il riarrangiamento ossidativo [1,3] degli alcoli allilici terziari permette di ottenere chetoni ed aldeidi -sostituite -insaturi, di cui fanno parte un gran numero di fragranze. Per molti decenni queste reazioni sono state condotte usando, in quantità stechiometriche, reattivi a base di Cromo(VI). L’utilizzo di questi reagenti porta una serie di vantaggi, quali i bassi costi e la possibilità di ottenere i prodotti di interesse con elevate rese. Per contro, l’utilizzo su larga scala di questi reagenti comporta una serie di rischi per la sicurezza dell’uomo e dell’ambiente. Pertanto negli ultimi anni c’è stata un’intensa attività di ricerca per la preparazione di ossidanti “green”: tra i composti più studiati c’è il TEMPO. Partendo dal TEMPO, sono stati sviluppati un elevato numero di sali tra cui il TEMPO+BF4-. Sebbene l’utilizzo di questi nuovi ossidanti porti notevoli vantaggi dal punto di vista ambientale, queste reazioni sono tuttora condotte in solventi organici. Pertanto in questo lavoro di tesi è stato sviluppato un nuovo sistema catalitico che unisce ai vantaggi dell’utilizzo come ossidante del TEMPO+BF4-, l’uso di acqua come solvente e di un enzima. Il TEMPO+BF4- utilizzato in quantità catalitiche e accoppiato con l’enzima Laccase in presenza di O2 (co-ossidante), viene rigenerato nell’ambiente di reazione. Le Laccase hanno la capacità di catalizzare il trasferimento di elettroni da una molecola all'altra; questi enzimi hanno il compito di rigenerare il TEMPO+ BF4- al fine di renderlo nuovamente disponibile nel ciclo catalitico di conversione del substrato di partenza (Schema 1). Schema 1 Questa nuova procedura ha permesso di sintetizzare un gran numero di fragranze, quali il (+)-nootkatone, il verbenone ed il theaspirone, prodotti rilevanti dal punto industriale.