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新闻中心
《science》新作——双酶级联反应使醇直接转化为手性胺
2015-10-09         
Science 25 September 2015:
Vol. 349 no. 6255 pp. 1525-1529;
DOI: 10.1126/science.aac9283


胺类化合物是众多化学中间体之一,用来生产药物旋光成分,精细化学品,农用化学品,聚合物,染料,色素等。但,胺类化合物在自然界中很匮乏,其工业生产主要是依赖金属催化“烯酰胺”的加氢反应来生产制备。金属催化剂往往是过渡元素的复合物,昂贵且不可持续。
过去10年中,已经发展了多种化学过程,可以将醇直接转化成胺。但是,这些方法的弊端是转化效率低,环境损害大,并且需要严苛的温度条件,此外对多种结构多变的醇底物来讲,不是存在化学选择性极低,就是不能全部转化的问题。此外大多数方法使用的是非手性底物,无法产生40%光学活性药物都需要的手性胺。
鉴于化学过程目前存在的这些问题,生物催化方法越来越多的用于旋光性胺的生产。“一锅法多步级联反应”可以避免中间产物的分离和纯化步骤,这种策略不仅经济而且环保。级联反应通常能够提升原子效率,但进行级联反应的主要挑战是这种反应系统中,氧化和还原步骤同时发生。有学者提出这样一种概念:借用底物的氢来将醇转化为胺,第一步中释放还原力(醇生成酮),在与之联系的第二步被直接消耗(酮经还原成胺)。基于上述概念,英国曼彻斯特大学和德国巴斯夫集团科学家合作开发了一条新的生物酶催化手性胺合成路线。该成果发表在最近的《Science》上。
该团队发明了一种新的双酶催化“借氢hydrogen-borrowing”的胺化路线。该合成路线即“醇脱氢酶(ADH,来自Aromatoleumsp., Lactobacillus sp., or Bacillus sp.) + 胺脱氢酶(Ph-AmDH,来自Bacillus sp.苯丙氨酸脱氢酶的突变体K78S-N277L)”双酶借氢级联反应系统。该系统可以胺化芳香醇和脂肪醇等多种底物,转化率最高可达96%,且光学得率大于99%,对初醇底物的转化率高达99%。该系统是自缓冲液中铵盐获取胺化所用的N元素,水是唯一副产物,真正实现绿色环保。
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