Estudio de dioxigenasas como biocatalizadores para la funcionalización de enlaces C(sp3)-H.

La formación de enlaces C-N es una de las transformaciones con mayor importancia en química sintética en lo que refiere a la preparación de productos naturales y compuestos bioactivos de interés para varias industrias como la farmacéutica y agroquímica entre otras. Durante años se han estudiado distintos métodos para la formación de enlaces C-N, incluyendo principalmente el uso de metales de transición como catalizadores. Entre las estrategias más destacadas y de mayor importancia contemporánea, se encuentran los protocolos de aminación directa de enlaces C-H. Con su uso, se evitan reacciones de prefuncionalización sustituyendo directamente un átomo de hidrógeno por la especie nitrogenada deseada, lo que aumenta la eficiencia y rendimientos de las transformaciones buscadas. Para llevar a cabo este tipo de procesos la formación de especies metal-nitreno ocupa un lugar destacado. Las mismas pueden ser preparadas por reacción de iminoiodanos, N-tosiloxocarbamatos y azidas orgánicas con distintos metales de transición (Rh, Ir, Co, Ru, Ag y Fe). Las principales desventajas de estos métodos radican en el uso de catalizadores muy costosos y/o tóxicos, lo cual sumado a condiciones de reacción que implican el uso de solventes orgánicos a altas temperaturas, ha llevado a la búsqueda de alternativas más limpias, rápidas, eficientes y económicas. La biocatálisis es una alternativa importante para desarrollar herramientas con menor impacto ambiental dado que en general se utiliza agua como solvente y temperaturas cercanas a la ambiente, además de ser un método que potencialmente puede aportar enantioselectividad a los procesos; sin embargo no existen hasta el momento reportes de enzimas naturales capaces de catalizar este tipo de reacciones. En los últimos años, los grupos de Arnold y Fasan han incursionado en el estudio de la funcionalización de enlaces C-H utilizando el citocromo P450 de B. megaterium (P450BM3) en condiciones anaerobias a través de un mecanismo que implica la formación de especies Fe-nitreno en el sitio activo de la enzima. Nuestro grupo ha reportado recientemente un mecanismo similar para la oxidación de bencilazida a benzonitrilo catalizada por la Tolueno Dioxigenasa, enzima con la que trabajamos hace más de 20 años que cuenta con un átomo de hierro en su sitio activo. A partir de esto surge la presente propuesta para el estudio distintas dioxigenasas de hierro no hemo dependientes como posibles biocatalizadores en la funcionalización de enlaces C(sp3)-H.