Angew. Chem. :脂肪酶的非天然催化活性与有机电合成结合的不对称催化反应

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生物酶催化在现代有机合成中扮演着非常重要的角色。酶催化通常具有专一性,即一种酶只能催化一个或者一类化学反应。然而,近年来,一些酶被发现具有非天然的催化活性,即一种酶可以催化除“天然”反应外的其他化学变化(Enzyme promiscuity)。这极大地拓展了酶催化有机反应的范围。


有机电合成作为一种绿色高效的合成方法,近年来取得了显著的进展,然而不对称电合成仍然较少。由电氧化或还原产生的自由基或其他中间体的高反应性以及手性催化剂对于电化学条件的有限的相容性是不对称电合成面临的一个主要挑战。


酶促电合成(Enzymatic electrosynthesis)结合了酶催化和电化学技术,通过酶和电极之间直接或间接的电子转移过程催化氧化还原反应,从而获得所需产物。由于酶的高特异性,酶促电合成通常具有较高的选择性和产率,是一种高效、绿色和清洁的新型合成技术。然而,这种策略很大程度上局限于氧化还原酶的使用,并且主要依赖酶固有的天然活性,使得反应类型、底物范围和产物的复杂性比较局限。此外,这种方法通常需要昂贵的辅助因子,而辅助因子的再生效率在很多情况下并不高。

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近日,西南大学的官智教授、何延红教授和南宁师范大学的黄初升教授合作,发展了一种脂肪酶的非天然催化活性与有机电合成相结合的策略,实现了2-取代吲哚化合物与简单脂肪酮的不对称氧化交叉偶联反应。首先,2-取代吲哚在阳极通过介质4-乙酰氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶-N-氧化物(ACT)被间接氧化,得到关键中间体2-取代吲哚-3-酮,接着小麦胚芽脂肪酶催化2-取代吲哚-3-酮与其他简单脂肪酮的不对称烷基化反应,以良好的收率和对映选择性直接合成了多种具有立体季碳中心的2,2-二取代-3-羰基吲哚化合物。作者通过一系列的控制实验和机理研究,证明了涉及自由基的电化学氧化过程以及脂肪酶的不对称催化机制。

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该工作是脂肪酶的非天然催化活性与有机电合成相结合用于不对称催化的第一个实例。反应能在有机溶剂中进行,氧化还原介质ACT的加入降低了反应电位,进一步调节了反应的相容性。该策略证明了水解酶的非天然催化活性能够与有机电合成兼容,为除氧化还原酶之外更多种类的酶与有机电合成相结合用于不对称催化提供了借鉴。

文信息

Merging the Non-Natural Catalytic Activity of Lipase and Electrosynthesis: Asymmetric Oxidative Cross-Coupling of Secondary Amines with Ketones

Chao-Jiu Long, Huan Cao, Ben-Kun Zhao, Yu-Fang Tan, Yan-Hong He, Chu-Sheng Huang, and Zhi Guan

文章的第一作者是西南大学的博士研究生龙超久。该工作得到国家自然科学基金和重庆市研究生科研创新项目的资助。


Angewandte Chemie International Edition 

DOI: 10.1002/anie.202203666


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