軸手性聯(lián)芳基化合物應(yīng)用廣泛，是許多天然產(chǎn)物、生物活性分子、手性配體和催化劑的核心骨架。近年來(lái)，化學(xué)催化不對(duì)稱合成軸手性聯(lián)芳基化合物取得了飛速的發(fā)展，但生物催化不對(duì)稱合成該類化合物的方法還比較有限。近日，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院/北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所付海根課題組發(fā)展了一種新的基于動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)拆分（DKR）亞胺還原酶（IRED）催化的高效不對(duì)稱合成軸手性聯(lián)芳基化合物方法。該酶催化動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)拆分方法的關(guān)鍵在于利用構(gòu)型不穩(wěn)定中間體N,O-縮醛橋聯(lián)化合物4促進(jìn)亞胺中間體消旋化，再串聯(lián)高度立體選擇性的亞胺還原酶來(lái)獲得軸手性聯(lián)芳基產(chǎn)物2。
作者以消旋聯(lián)芳基羥基醛6a和芐胺7a為模板底物，通過(guò)篩選一系列野生型亞胺還原酶（IRED），找到了一個(gè)S-IRED-Ss能夠以35%的產(chǎn)率和94:6的er值得到(S)-型軸手性聯(lián)芳基氨基醇8。隨后采用定向進(jìn)化策略，獲得了一個(gè)S-IRED-Ss-M11突變體可高效、高立體選擇性地催化模板反應(yīng)得到8（97%，97:3 er），且該反應(yīng)可以用粗酶凍干粉放大到1.0 mmol規(guī)模（77%，97:3 er，234 mg）。 在S-IRED-Ss-M11突變體催化下，該反應(yīng)具有較廣的胺譜，多種芳基取代的芐胺均可很好地與底物6a發(fā)生反應(yīng)，得到高產(chǎn)率和高立體選擇性的軸手性產(chǎn)物，但是對(duì)于二級(jí)胺或芳香胺則不太兼容。同時(shí)，S-IRED-Ss-M11可接受在醛芳環(huán)上各類取代的聯(lián)芳基酚醛為底物，得到相應(yīng)的軸手性聯(lián)芳基氨基醇產(chǎn)物，但在該醛芳環(huán)上進(jìn)行二甲基或萘基取代則耐受性較差。此外，在底物酚環(huán)的不同位置添加各類取代基團(tuán)也可很好地被該酶接受。 最后，作者采用分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬對(duì)S-IRED-Ss-M11進(jìn)行研究，雖然S-IRED-Ss-M11突變體相對(duì)野生型酶未觀察到明顯的構(gòu)象變化，但其輔酶NADPH 的C4原子到亞胺中間體(S)-33 的C8原子之間的距離和結(jié)合均更利于氫負(fù)轉(zhuǎn)移的發(fā)生。另外，對(duì)于M11突變體，潛在質(zhì)子供體Y169上酚氧原子與底物(S)-33的氮原子之間的距離比相應(yīng)的野生型酶更短，有利于最后質(zhì)子化步驟。 總結(jié)，本研究采酶催化動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)拆分策略，利用亞胺還原酶對(duì)底物的泛雜性和定向進(jìn)化對(duì)蛋白進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了軸手性聯(lián)芳基化合物的不對(duì)稱合成，拓展了酶催化可及空間。 論文信息 Atroposelective Synthesis of Axial Biaryls by Dynamic Kinetic Resolution Using Engineered Imine Reductases Xinyue Hao, Zhuangfei Tian, Zhouchang Yao, Dr. Tienan Zang, Shucheng Song, Prof. Liang Lin, Tianzhang Qiao, Dr. Ling Huang, Prof. Haigen Fu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202410112
