在国家自然科学基金项目(21676120、31872891 )、江苏省研究生创新工程项目(KYCX20_1822)等项目资助下,江南大学生物工程学院酿造微生物学与应用酶学研究团队在基于C=O/C-H/C-O不对称反应生物合成手性(杂)环醇方面的研究进展进行了综述。相关成果以“Biosynthesis of chiral cyclic and heterocyclic alcohols via C=O/C–H/C–O asymmetric reactions ”为题于2021年4月发表在英国皇家化学会Catalysis Science & Technology(影响因子5.721),聂尧教授为文章通讯作者,博士研究生秦磊为文章第一作者。
手性环状醇和杂环醇是精细化学品、农用化学品和手性药物如拉多西吉、伊姆布列维卡和舒洛培南的重要结构单元。有机催化剂和天然酶对环上含有大位阻取代基或相似小取代基的分子亲和力较低,这类环状手性醇的高效合成在有机合成中具有一定的挑战性。
本综述以产物手性醇取代基的不同进行分类,主要包括:取代基为空间位阻小的手性环醇和杂环醇,手性环二醇以及空间位阻大的手性(杂)环醇。而当前生物酶法合成这一系列手性(杂)环醇主要方法为羰基还原酶/乙醇脱氢酶介导C=O键不对称还原反应、羟化酶(P450酶)介导C-H键不对称羟基化反应、脂肪酶或者环氧化合物水解酶介导C-O键不对称水解反应。介导3种不同的反应类型的天然酶在催化合成这一系列手性(杂)环醇存在催化效率低和立体选择性差等问题。随着蛋白质工程技术的发展,利用计算机辅助设计和蛋白结构相结合的生物酶改造方法能够有效的改善生物酶的催化性能。
本综述讨论了相关生物酶的重新设计和工程化的理论和实践方法,为手性环状醇和杂环醇的绿色合成提供研究策略和发展思路。这一综述被Catalysis Science & Technology选为当期的封面文章之一(Catalysis Science & Technology, 2021, 11, 2637–2651)。