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(dú)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(xué)純合成仍然依賴傳統(tǒng)手性拆分，不對(duì)稱合成面臨遠(yuǎn)程立體化學(xué)控制和同時(shí)高效制備R或S構(gòu)型的兩大挑戰(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、高選擇性不對(duì)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(jìn)行對(duì)映互補(bǔ)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(yīng)，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(shí)均保持立體選擇性（圖2）。 圖2. 模板反應(yīng)篩選與優(yōu)化 底物譜拓展方面，對(duì)于胺譜，多種一級(jí)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(dá)99%，er高達(dá)99:1或1:99）；但對(duì)二級(jí)胺或芳香胺兼容性有限。對(duì)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(duì)映選擇性（圖3）。此外，還進(jìn)行代表性化合物的克級(jí)合成，驗(yàn)證了該IREDs催化體系的合成潛力。 圖3. 底物范圍拓展 遠(yuǎn)程立體選擇性機(jī)理闡明。通過蛋白晶體學(xué)與分子對(duì)接研究，揭示了IREDs實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程立體控制的機(jī)理（圖4）。對(duì)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(fù)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(fù)轉(zhuǎn)移，生成(S)-3。此外，定點(diǎn)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(jī)理解析 總之，該研究建立了一種高效、對(duì)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(duì)稱合成。本文通過篩選獲得立體選擇性互補(bǔ)的IREDs酶，成功實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)產(chǎn)物的高效合成，為這類獨(dú)特手性骨架在藥物、材料中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。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(jī)所劉臻為本文的共同一作，上海有機(jī)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
