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目前光學(xué)純環(huán)己亞基手性胺的合成仍主要依賴(lài)傳統(tǒng)的手性拆分，其不對(duì)稱(chēng)合成面臨的挑戰(zhàn)包括：一方面，由于四個(gè)手性相關(guān)基團(tuán)分布在手性軸的兩端，空間距離較遠(yuǎn)，傳統(tǒng)小分子催化劑難以實(shí)現(xiàn)有效的遠(yuǎn)程立體化學(xué)控制；另一方面，同時(shí)高效制備R和S兩種構(gòu)型的軸手性胺也極具挑戰(zhàn)。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利用亞胺還原酶（IREDs）成功實(shí)現(xiàn)了環(huán)己亞基軸手性胺的高效不對(duì)稱(chēng)合成（圖1）。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)篩選和優(yōu)化一對(duì)立體選擇性互補(bǔ)的IREDs，建立了對(duì)映發(fā)散性合成策略，以最高99%的產(chǎn)率和優(yōu)異的立體選擇性（R/S比例達(dá)99:1或1:99 er）精準(zhǔn)構(gòu)建了目標(biāo)手性分子，為環(huán)己亞基軸手性胺的定向合成提供了高效、綠色的生物催化途徑。

圖1.生物催化合成軸手性環(huán)己亞基軸手性胺。圖片來(lái)源：Angew. Chem. Int. Ed

作者以亞芐基環(huán)己酮（1a）與烯丙胺（2a）為模型底物，通過(guò)初篩粗酶、隨后采用純酶驗(yàn)證的方法，發(fā)現(xiàn)IRED-08和IRED-15可催化模板反應(yīng)并以80%收率和99:1er生成(R)-3；IRED-27則以84%產(chǎn)率和1:99er生成(S)-3。隨后通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化反應(yīng)條件，可將IRED-08和IRED-15的產(chǎn)率分別提升至91%和94%，IRED-27的產(chǎn)率提升至97%，同時(shí)均保持高立體選擇性（圖2）。

圖2. 模板反應(yīng)篩選與優(yōu)化。圖片來(lái)源：Angew. Chem. Int. Ed

在獲得對(duì)映互補(bǔ)的IREDs后，作者對(duì)該體系的底物適用范圍展開(kāi)探索。對(duì)于胺供體而言，多種一級(jí)胺，包括短鏈胺（3-4）、取代芐胺（5-14）和雜環(huán)（15-17）等均能高效生成相應(yīng)的軸手性胺產(chǎn)物，且具有優(yōu)異的對(duì)映選擇性（產(chǎn)率最高可達(dá)99%，er最高可達(dá)99:1或1:99），體系對(duì)于二級(jí)胺或芳香胺則兼容性較差。在考察亞芐基環(huán)己酮類(lèi)底物時(shí)，作者發(fā)現(xiàn)部分底物在水相體系中溶解性較差，導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)率降低。通過(guò)引入非離子表面活性劑TPGS-750-M，顯著提高了疏水性底物的溶解度，使反應(yīng)效率大幅提升。優(yōu)化后的體系可兼容多種取代基（芳基、烷基、烯基、炔基）的4-亞甲基環(huán)己酮，能以良好至優(yōu)異的產(chǎn)率和對(duì)映選擇性得到目標(biāo)產(chǎn)物（18-30，圖3）。此外，作者還選取代表性化合物展開(kāi)克級(jí)制備反應(yīng)，進(jìn)一步驗(yàn)證了該IREDs催化體系的合成潛力。

圖3. 底物范圍拓展。圖片來(lái)源：Angew. Chem. Int. Ed

最后，作者通過(guò)蛋白晶體學(xué)研究與分子對(duì)接實(shí)驗(yàn)，揭示了IRED遠(yuǎn)程立體選擇性的機(jī)理。基于晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)接結(jié)果顯示，對(duì)于(R)-選擇性的IRED-15而言，前手性亞胺底物31的苯基嵌入由M214、W210、M179、S235和V125形成的疏水口袋，烯丙基位于L176和M239之間的空腔，該結(jié)合模式使底物31以pro-R構(gòu)象si-面接受輔酶NADPH的氫負(fù)轉(zhuǎn)移，從而生成(R)-3。對(duì)于(S)-選擇性的IRED-27而言，前手性亞胺中間體31的苯基則結(jié)合于W274、M233和P118構(gòu)成的疏水口袋，烯丙基定向于F172和M116形成的空腔，底物以pro-S構(gòu)象re-面接受氫負(fù)轉(zhuǎn)移，生成(S)-3。簡(jiǎn)而言之，酶活性口袋對(duì)前手性亞胺中間體31反應(yīng)構(gòu)象的特異性結(jié)合是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程立體控制的關(guān)鍵因素。此外，定點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)D172N突變（IRED-15）和Y165F突變（IRED-27）均導(dǎo)致酶活顯著喪失，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(jī)理解析。圖片來(lái)源：Angew. Chem. Int. Ed