手性胺類化合物在藥物、天然產(chǎn)物等領(lǐng)域至關(guān)重要，其中環(huán)己亞基結(jié)構(gòu)因其獨特的雙鍵構(gòu)象受限展現(xiàn)出軸手性特征，在藥物研發(fā)（如FAAH抑制劑）中潛力巨大。然而，其光學純合成仍然依賴傳統(tǒng)手性拆分，不對稱合成面臨遠程立體化學控制和同時高效制備R或S構(gòu)型的兩大挑戰(zhàn)。近日，中國醫(yī)學科學院/北京協(xié)和醫(yī)學院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所付海根課題組利用亞胺還原酶（IREDs），成功實現(xiàn)了環(huán)己亞基軸手性胺的高效、高選擇性不對稱合成（圖1）。
圖1. 生物催化合成軸手性環(huán)己亞基軸手性胺 作者首先進行對映互補IREDs的篩選與優(yōu)化。以亞芐基環(huán)己酮（1a）與烯丙胺（2a）為模板反應，經(jīng)篩選酶庫，發(fā)現(xiàn)IRED-08和IRED-15可以80%的產(chǎn)率與99:1 er催化生成(R)-3；IRED-27則以84%的產(chǎn)率與1:99 er生成(S)-3。條件的系統(tǒng)優(yōu)化后，IRED-08和15產(chǎn)率分別提升至91%與94%，IRED-27的產(chǎn)率提升至97%，同時均保持立體選擇性（圖2）。 圖2. 模板反應篩選與優(yōu)化 底物譜拓展方面，對于胺譜，多種一級胺，如短鏈脂肪胺、取代芐胺、雜環(huán)胺等（3-17）均能高效轉(zhuǎn)化（產(chǎn)率高達99%，er高達99:1或1:99）；但對二級胺或芳香胺兼容性有限。對于亞烷基環(huán)己酮譜，引入非離子表面活性劑TPGS-750-M顯著改善疏水性底物溶解度，成功拓展至取代芳基、烷基等多種取代基的亞烷基環(huán)己酮（18-30），獲得良好的產(chǎn)率和對映選擇性（圖3）。此外，還進行代表性化合物的克級合成，驗證了該IREDs催化體系的合成潛力。 圖3. 底物范圍拓展 遠程立體選擇性機理闡明。通過蛋白晶體學與分子對接研究，揭示了IREDs實現(xiàn)遠程立體控制的機理（圖4）。對于IRED-15，前手性亞胺中間體31的苯基嵌入由M214、W210等形成的疏水口袋，烯丙基位于L176和M239間的空腔，促使底物以pro-R構(gòu)象的si-面接受NADPH的氫負轉(zhuǎn)移，生成(R)-3。同樣，IRED-27，亞胺中間體31以pro-S構(gòu)象的re-面接受氫負轉(zhuǎn)移，生成(S)-3。此外，定點突變（IRED-15的D172N和IRED-27的Y165F）酶活顯著下降，表明D172（IRED-15）和Y165（IRED-27）在IREDs催化循環(huán)中作為關(guān)鍵質(zhì)子供體的發(fā)揮重要作用。 圖4. 結(jié)構(gòu)及機理解析 總之，該研究建立了一種高效、對映發(fā)散的生物催化方法用于環(huán)己亞基軸手性胺的不對稱合成。本文通過篩選獲得立體選擇性互補的IREDs酶，成功實現(xiàn)了目標產(chǎn)物的高效合成，為這類獨特手性骨架在藥物、材料中的應用奠定了基礎。相關(guān)成果在Angew. Chem. Int. Ed.上發(fā)表，協(xié)和藥生所研究生李可庭、上海有機所劉臻為本文的共同一作，上海有機所林亮、房鵬飛及協(xié)和藥生所付海根研究員為共同通訊作者。 論文信息 Imine Reductase–Catalyzed Remote Stereocontrol for Enantiodivergent Synthesis of Cyclohexylidene-Based Axially Chiral Amines Keting Li, Zhen Liu, Dr. Bin Wang, Dr. Ling Huang, Luyao Yu, Zitian Zhou, Prof. Liang Lin, Prof. Pengfei Fang, Prof. Haigen Fu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202500572
