介紹

D-纈氨醇是一種重要的手性β-氨基醇，是合成多種藥物的關鍵中間體。例如，它是合成第二代口服CDK抑制劑(R)-Roscovitine的關鍵手性中間體。

圖一 D-纈氨醇

研究背景

由于D-纈氨醇在藥物合成中的重要性，開發(fā)高效合成方法具有重要的實際意義。β-氨基醇的生物催化氧化脫氨基在動力學拆分和/或去?；^程中具有巨大的實用潛力，可以獲得（R）-β-氨基醇類化合物，例如D-纈氨醇。這項研究是獲得和利用這種有價值的氧化脫氨基活性的一個顯著例子。最初，突變N261M（M0）被鑒定為賦予天然纈氨酸脫氫酶對幾種（S）-β-氨基醇的氧化脫氨基活性。隨后，提出了一種基于系統(tǒng)發(fā)育分析的雙編碼飽和誘變策略來改造M0的側鏈結合位點。這一策略促進了M0的底物特異性進化，導致產(chǎn)生了一組突變體（M1-M4），這些突變體對結構多樣的（S）-β-氨基醇具有顯著的氧化脫氨基活性。使用這些工程化的胺脫氫酶，稱為β-氨基醇脫氫酶（β-ADHs），實現(xiàn)了一系列β-氨基醇類的完全動力學拆分甚至脫羧。“Substrate-Specific Evolution of Amine Dehydrogenases forAccessing Structurally Diverse Enantiopure (R)?β-Amino Alcohols”這項工作報告了不同的生物催化劑和合成對映體純（R）-β-氨基醇的合成策略，并為酶的底物特異性工程提供了一種創(chuàng)新方法[1]。

合成方法

酰脫氫酶催化氧化脫氨基

研究中，作者利用一種天然的纈氨酸脫氫酶（HsValDH3），通過突變N261M，使其獲得了對(S)-β-氨基醇的氧化脫氨基活性。這種突變體被稱為第一代β-氨基醇脫氫酶（M0）。進一步地，通過系統(tǒng)發(fā)育分析指導的雙密碼子飽和突變策略，對M0的側鏈結合位點進行工程化，開發(fā)了第二代β-氨基醇脫氫酶（M1-M4）。這些突變體在對結構多樣的D-纈氨醇的氧化脫氨基反應中表現(xiàn)出顯著的活性。

動力學分辨率和非對映體化

利用這些工程化的β-氨基醇脫氫酶，可以對一系列β-氨基醇進行完全的動力學分辨率和非對映體化反應，從而得到高光學純度的(R)-β-氨基醇。研究中，作者對六種具有代表性的消旋β-氨基醇底物進行了動力學分辨率反應，其中大部分底物能夠順利地被氧化，得到理論上的50%轉化率和幾乎光學純的D-纈氨醇。

三酶級聯(lián)反應

為了進一步提高反應效率和產(chǎn)物的光學純度，研究中還探索了三酶級聯(lián)反應。通過在反應體系中加入(R)-選擇性的ω-轉氨酶，可以實現(xiàn)對消旋β-氨基醇的非對映體化。這種三酶級聯(lián)反應體系能夠有效地將消旋β-氨基醇轉化為D-纈氨醇，光學純度超過99%，轉化率在90%到99%之間。

圖二 獲得β-AADH 的氧化脫氨活性示意圖

參考文獻

[1]Yin, Xinjian; Gong, Wenzhong; Zeng, Yujing; Qiu, Hulin; Liu, Lan; Hollmann, Frank; Chen, Bishuang [ACS Catalysis, 2024, vol. 14, # 2, p. 837 - 845]