中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所張武元研究組報(bào)道了一種利用線性雙酶級(jí)聯(lián)策略來合成手性亞砜化合物。課題組首先采用自Curvularia inaequalis的釩依賴性氯過氧化物酶(CiVCPO)將硫醚底物氧化成外消旋亞砜,隨后級(jí)聯(lián)甲硫氨酸亞砜還原酶A (MsrA)或B (MsrB),經(jīng)動(dòng)力學(xué)拆分將其轉(zhuǎn)化為手性亞砜。該直觀的雙酶級(jí)聯(lián)策略可合成豐富且結(jié)構(gòu)多樣的亞砜化合物,具有優(yōu)異的光學(xué)純度(> 99% ee)和互補(bǔ)的手性。該雙酶級(jí)聯(lián)體系不需要NAD(P)H循環(huán),代表了合成手性亞砜的一種簡便且低成本的方法。 手性亞砜的不對(duì)稱合成主要依賴于使用手性配體或金屬催化劑。而酶作為催化劑在過去十多年中的利用受到了廣泛關(guān)注,例如Baeyer-Villiger單加氧酶、苯乙烯單加氧酶、吲哚單加氧酶、細(xì)胞色素P450單加氧酶以及通過定向進(jìn)化工程改造的細(xì)胞色素P450-BM3等都有可用于手性亞砜合成。但上述酶促方法通常使用O2作為氧化劑且須依賴還原的煙酰胺輔因子 (NAD(P)H) 的再生體系來提供還原當(dāng)量。由此產(chǎn)生的復(fù)雜電子傳輸鏈以及輔因子的依賴性限制了這些過程的規(guī)模化合成。相比之下,使用H2O2作為氧源和電子源的過氧合酶/過氧化物酶的反應(yīng)體系則大幅簡化,但利用這類酶目前只能合成 (R)-型手性亞砜。 為了解決這一問題,作者利用對(duì)H2O2具有高度魯棒性的CiVCPO作為催化劑,首先將硫醚底物轉(zhuǎn)化為外消旋的亞砜,再分別級(jí)聯(lián)具有高對(duì)映選擇性的甲硫氨酸亞砜還原酶A (MsrA)或B (MsrB),經(jīng)動(dòng)力學(xué)拆分將其轉(zhuǎn)化為手性亞砜(方案如圖1所示)。
圖1. 合成手性亞砜的一鍋雙酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)路線 為了證明設(shè)計(jì)的雙酶級(jí)聯(lián)策略的適用性,研究組考察了一系列具有結(jié)構(gòu)和電子多樣性的硫化物底物譜,如圖2所示,均獲得了良好的轉(zhuǎn)化率與光學(xué)純度。 圖2. 一鍋兩步級(jí)聯(lián)合成對(duì)映體純亞砜的底物范圍 總體而言,該工作成功地將CiVCPO和MsrA/MsrB的出色魯棒性與立體選擇性結(jié)合到一個(gè)反應(yīng)體系中,建立了線性氧化-還原雙酶級(jí)聯(lián)以合成光學(xué)純亞砜。這種簡單的級(jí)聯(lián)策略在手性亞砜的合成中具有明顯的優(yōu)勢(shì):1)結(jié)合了CiVCPO優(yōu)異的魯棒性和MsrA/MsrB的對(duì)映選擇性,2)超越了CiVCPO催化硫醚氧化的固有非立體選擇性屬性,3)不需要NAD(P)H輔助因子。此外,與MsrB的級(jí)聯(lián)反應(yīng)合成(S)-亞砜,這在H2O2驅(qū)動(dòng)的過氧酶催化領(lǐng)域暫無報(bào)道。為了進(jìn)一步證明級(jí)聯(lián)體系的實(shí)用性,該研究進(jìn)行了克級(jí)反應(yīng)合成,如圖3所示。在1升(2.0 g,14 mmol)反應(yīng)體系中合成(R)-6b,轉(zhuǎn)化率為50%,分離產(chǎn)率為27.6%(0.61 g),ee > 99%。 圖3. 克級(jí)反應(yīng) 最后,作者們進(jìn)一步嘗試了在該氧化-還原雙酶級(jí)聯(lián)策略下進(jìn)行一鍋一步法合成手性亞砜。通過采用CiVCPO、MsrA、Trx及TrxR一鍋一步級(jí)聯(lián)催化,可順利的實(shí)現(xiàn)硫醚底物氧化并同步進(jìn)行外消旋亞砜的動(dòng)力學(xué)拆分,獲得手性亞砜產(chǎn)物,進(jìn)一步的反應(yīng)工程研究正在進(jìn)行中。 在這項(xiàng)工作中,作者通過建立手性亞砜的酶法級(jí)聯(lián)合成策略,為手性亞砜藥物綠色合成提供了新思路,具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。 論文信息 Synthesis of Enantioenriched Sulfoxides by an Oxidation-Reduction Enzymatic Cascade Peipei Wang, Xiaofeng Han, Xinqi Liu, Richen Lin, Yongzheng Chen, Zhoutong Sun, Wuyuan Zhang 文章第一作者為王培培 Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202201997















