基于氟的特殊性質(zhì)，氟和含氟官能團(tuán)在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等方面都有重要的作用。其中，向藥物分子中引入氟甲基可以提高分子的活性和生物利用度。氟甲基存在于多種抗腫瘤、抗炎藥物。復(fù)雜藥物分子高特異性的氟甲基化是化學(xué)合成中的挑戰(zhàn)。生物催化因其優(yōu)良的特異性和溫和的反應(yīng)條件而具有獨(dú)特優(yōu)勢，近來已被用于氟甲基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。然而，目前報(bào)道的方法主要通過SAM依賴的親核性甲基轉(zhuǎn)移酶和氟甲基SAM類似物催化O,N,S等原子親核氟甲基化，而對于不活潑碳的氟甲基化因十分困難而尚未實(shí)現(xiàn)。 近日，天津大學(xué)董敏教授團(tuán)隊(duì)在前期酶促親核機(jī)制的氟甲基、氟乙基工作基礎(chǔ)上（ACS Catalysis. 2023, 13, 13729；2024, 14, 6211），進(jìn)一步與合作者實(shí)現(xiàn)了B12依賴的SAM自由基甲基轉(zhuǎn)移酶（B12-RSMTs）催化的自由基氟甲基化反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)酶通過識(shí)別原位產(chǎn)生的非天然輔因子F-SAM，生成5′-脫氧腺苷（5′-dA）自由基，同時(shí)在一種全新的氟甲基B12（CH2FCbI）中間體的參與下，實(shí)現(xiàn)了不活潑碳氟甲基化修飾，并成功應(yīng)用于多肽、活性天然產(chǎn)物的特異性氟甲基化。
QCMT是參與甲基輔酶M還原酶（MCR）翻譯后修飾的B12-RSMTs，它催化其418位谷氨酰胺Cα的甲基化反應(yīng)。作者首先測試了HMT與QCMT的級聯(lián)反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在檸檬酸鈦的作用下，反應(yīng)體系中產(chǎn)生5′-dA，CH2FCbI及氟甲基化產(chǎn)物，結(jié)合一系列體外實(shí)驗(yàn)及機(jī)理研究，作者推測了氟甲基化的反應(yīng)機(jī)理：首先QCMT還原性切割HMT產(chǎn)生的F-SAM，生成5′-dA自由基，它奪取底物中谷氨酰胺Cα上的氫原子生成底物自由基；同時(shí)被還原的羥基鈷胺與CH2FI反應(yīng)生成CH2FCbI，最后底物自由基與CH2FCbI發(fā)生自由基取代反應(yīng)生成氟甲基化產(chǎn)物。
此外，作者也將該氟甲基級聯(lián)體系運(yùn)用至其他的B12-RSMTs：CysS與GenD1，它們分別參與天然產(chǎn)物Cystobactamids與慶大霉素的生物合成。在HMT與CysS的級聯(lián)反應(yīng)中，獲得氟甲基化產(chǎn)物-化合物4。在HMT與GenD1的級聯(lián)反應(yīng)中，獲得氟代的慶大霉素X2。 最后，作者發(fā)現(xiàn)F-SAM對于氟甲基化反應(yīng)并不是必須的，當(dāng)用SAM代替F-SAM并加入CH2FI仍然可以產(chǎn)生氟甲基產(chǎn)物，這進(jìn)一步驗(yàn)證了之前提出的反應(yīng)機(jī)理。 該工作拓展了SAM自由基酶的應(yīng)用范圍，為高選擇性制備更多的氟烷基天然產(chǎn)物提供了創(chuàng)新方法。 論文信息 B12-Dependent Radical SAM Enzymes Catalyze C-Fluoromethylation via a CH2F-Cobalamin Intermediate Liyuan Kong, Jianliang Zhang, Haoxin Wang, Zhifeng Wei, Wenrui Wang, Dr. Jing Hu, Prof. Min Dong 文章的第一作者是天津大學(xué)博士研究生孔麗媛。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202419815
