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目前光學純環(huán)己亞基手性胺的合成仍主要依賴傳統(tǒng)的手性拆分，其不對稱合成面臨的挑戰(zhàn)包括：一方面，由于四個手性相關基團分布在手性軸的兩端，空間距離較遠，傳統(tǒng)小分子催化劑難以實現(xiàn)有效的遠程立體化學控制；另一方面，同時高效制備R和S兩種構型的軸手性胺也極具挑戰(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不對稱合成（圖1）。研究團隊通過篩選和優(yōu)化一對立體選擇性互補的IREDs，建立了對映發(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99:1或1:99 er）精準構建了目標手性分子，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，通過初篩粗酶、隨后采用純酶驗證的方法，發(fā)現(xiàn)IRED-08和IRED-15可催化模板反應并以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。隨后通過系統(tǒng)優(yōu)化反應條件，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%，同時均保持高立體選擇性（圖2）。

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

在獲得對映互補的IREDs后，作者對該體系的底物適用范圍展開探索。對于胺供體而言，多種一級胺，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的軸手性胺產(chǎn)物，且具有優(yōu)異的對映選擇性（產(chǎn)率最高可達99%，er最高可達99:1或1:99），體系對于二級胺或芳香胺則兼容性較差。在考察亞芐基環(huán)己酮類底物時，作者發(fā)現(xiàn)部分底物在水相體系中溶解性較差，導致反應產(chǎn)率降低。通過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)率和對映選擇性得到目標產(chǎn)物（18-30，圖3）。此外，作者還選取代表性化合物展開克級制備反應，進一步驗證了該IREDs催化體系的合成潛力。

圖3. 底物范圍拓展。圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed

最后，作者通過蛋白晶體學研究與分子對接實驗，揭示了IRED遠程立體選擇性的機理。基于晶體結構的對接結果顯示，對于(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，該結合模式使底物31以pro-R構象si-面接受輔酶NADPH的氫負轉(zhuǎn)移，從而生成(R)-3。對于(S)-選擇性的IRED-27而言，前手性亞胺中間體31的苯基則結合于W274、M233和P118構成的疏水口袋，烯丙基定向于F172和M116形成的空腔，底物以pro-S構象re-面接受氫負轉(zhuǎn)移，生成(S)-3。簡而言之，酶活性口袋對前手性亞胺中間體31反應構象的特異性結合是實現(xiàn)遠程立體控制的關鍵因素。此外，定點突變實驗發(fā)現(xiàn)D172N突變（IRED-15）和Y165F突變（IRED-27）均導致酶活顯著喪失，表明D172（IRED-15）和Y165（IRED-27）在IREDs催化循環(huán)中作為關鍵質(zhì)子供體的發(fā)揮重要作用。

圖4. 結構及機理解析。圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed