Artificial cascade biocatalysis for the synthesis of 2-aminocyclohexanols with contiguous stereocenters  

双手性邻位氨基环己醇的人工级联生物催化合成

作　　者：Fei-Xiang Dong Tian Jin Xiaojuan Yu Hong-Yue Wang Qi Chen Jian-He Xu Gao-Wei Zheng 董飞祥;金添;余小娟;王红月;陈东琦;许建和;郑高伟(华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室,上海生物制造协同创新中心,上海200237;湖北大学生命科学学院,省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室,工业生物技术湖北省重点实验室,湖北武汉430062)

机构地区：[1]State Key Laboratory of Bioreactor Engineering,Shanghai Collaborative Innovation Center for Biomanufacturing,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China [2]State Key Laboratory of Biocatalysis and Enzyme Engineering,Hubei Key Laboratory of Industrial Biotechnology,School of Life Sciences,Hubei University,Wuhan 430062,Hubei,China

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2025年第1期345-355,共11页催化学报(英文)

基　　金：国家重点研发计划(2019YFA09005000);国家自然科学基金(21878085,31971380)。

摘　　要：Chiral cyclic amino alcohols with contiguous stereocenters are key building blocks in the synthesis of bioactive molecules and pharmaceuticals.Artificial cascade biocatalysis represents an attractive method for the synthesis of chiral molecules bearing multiple stereocenters from readily available materials.Here we reported an artificial cascade biocatalysis comprising an epoxide hydrolase,an alcohol dehydrogenase,and a reductive aminase or an amine dehydrogenase.It can be utilized to access all four stereoisomers of 2-aminocyclohexanol with two contiguous stereocenters in high yields(up to 95%)and excellent stereoselectivity(up to 98%de)starting from readily available cyclohexene oxide without isolation of the intermediates.Additionally,the biocatalytic cascade has been successfully extended to the production of structurally diverse 2-(alkylamino)cyclohexanols by replacing ammonia with different organic amines.双手性邻位氨基醇广泛存在于天然产物、药物分子以及精细化学品中,其同时含有的手性羟基和手性氨基决定了生物活性分子关键的生理功能和药学性质,因此手性氨基醇砌块的合成方法成为近年研究热点之一,除传统的化学合成方法外,生物催化方法高效合成手性氨基醇也引起了科学家们的关注.然而在大多数手性氨基醇的生物合成方法中,生成产物仅有一个手性中心,对于双手性邻位氨基醇的合成研究报道还较少.基于此,本文以还原胺化反应为基础,从单一底物出发,设计并构建了新型的双手性邻位氨基醇酶法级联催化合成路线,合成了多元化的邻位氨基醇立体异构体本文通过逆合成分析法设计了一条包含环氧水解酶(LEH)、醇脱氢酶(BDHA或BUDC)、还原胺化酶(RedAm)或胺脱氢酶(AmDH)的三酶级联路线,从底物环氧环已烷出发,经过水解、氧化以及还原胺化反应生成2-氨基环己醇的四种立体异构体通过对文献报道和实验室构建的酶库进行筛选,并对筛选得到的酶元件进行组合,初步构建了分别合成2-氨基环己醇四种立体异构体的三酶级联催化合成路线.随后在分析合成SR-氨基环己醇的合成路线中,由于关键酶RsRedAm的选择性差导致产物立体选择性不佳,通过四轮饱和突变获得立体选择性提高的三突变体RsRedAm-M3(N92C/W205F/M235N),其de值从母本的52%提升至98%.最后,应用反应工程的手段对已构建的三酶级联反应进行了双模块优化,包括级联形式、缓冲液浓度、缓冲液pH以及催化剂上载量。经过条件优化后,四种2-氨基环己醇立体异构体的反应效果均有所提高,其中,(1R,2R)-、(1R,2S)-和(1S,2S)-构型氨基环己醇产物的产率均大于90%,而(1S,2R)-氨基环己醇也从26%提高到50%.在最优反应条件下,对四种构型的2-氨基环己醇分别进行了制备此外,为了拓展级联反应的应用范围,分别测定了以甲胺、�

关 键 词：BIOCATALYSIS Enzyme cascade AMINOALCOHOL Reductive aminase Amine dehydrogenase 

分 类 号：O62[理学—有机化学]