Chiralne aminoalkohole są wszechstronnymi cząsteczkami do wykorzystania jako rusztowania w syntezie organicznej. Zaczynając od L-lizyny, syntetyzujemy aminoalkohole w enzymatycznej reakcji kaskadowej łączącej diastereoselektywne utlenianie C-H katalizowane przez dioksygenazę, a następnie rozszczepienie ugrupowania kwasu karboksylowego odpowiedniego aminokwasu hydroksylowego przez dekarboksylazę.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Enzymatyczne reakcje kaskadowe do syntezy chiralnych aminoalkoholi z L-lizyny
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Aminoalkohole to wszechstronne związki o szerokim zakresie zastosowań. Na przykład były używane jako rusztowania chiralne w syntezie organicznej. Ich synteza za pomocą konwencjonalnej chemii organicznej często wymaga żmudnych, wieloetapowych procesów syntezy, z trudną kontrolą wyniku stereochemicznego. Przedstawiamy protokół enzymatycznej syntezy aminoalkoholi rozpoczynając od łatwo dostępnej L-lizyny w ciągu 48 godzin. Protokół ten łączy w sobie dwie reakcje chemiczne, które są bardzo trudne do przeprowadzenia przez konwencjonalną syntezę organiczną. W pierwszym etapie regio- i diastereoselektywne utlenianie nieaktywowanego wiązania C-H łańcucha bocznego lizyny jest katalizowane przez dioksygenazę; Drugie utlenienie regio- i diastereoselektywne katalizowane przez dioksygenazę regiorozwergentną może prowadzić do powstania 1,2-dioli. W ostatnim etapie grupa karboksylowa aminokwasu alfa jest rozszczepiana przez dekarboksylazę (DC) pirydoksalofosforanu (PLP). Ten etap dekarboksylacyjny wpływa tylko na alfa węgiel aminokwasu, utrzymując hydroksylowane centrum stereogeniczne w pozycji beta / gamma. Powstałe w ten sposób aminoalkohole są optycznie wzbogacane. Protokół został z powodzeniem zastosowany do syntezy czterech aminoalkoholi w skali półpreparatywnej. Monitorowanie reakcji prowadzono za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) po derywatyzacji 1-fluoro-2,4-dinitrobenzenem. Proste oczyszczanie przez ekstrakcję do fazy stałej (SPE) zapewniło aminoalkoholom doskonałe plony (od 93% do >95%).
Wprowadzenie
Mimo korzyści oferowanych przez biokatalizę, integracja etapów biokatalitycznych w szlakach syntetycznych lub całkowitych drogach biokatalitycznych pozostaje w dużej mierze ograniczona do enzymatycznych rozdzielczeń kinetycznych. Metody te są szeroko stosowane jako pierwszy krok w asymetrycznej syntezie chemoenzymatycznej, jednak biokataliza oferuje znacznie więcej możliwości w zakresie interkonwersji grup funkcyjnych z wysoką stereoselektywnością1,2,3. Ponadto, ponieważ reakcje biokatalityczne prowadzone są w podobnych warunkach, możliwe jest przeprowadzanie reakcji kaskadow....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Przygotowanie enzymatyczne
- Ekspresja i oczyszczanie białek zgodnie z wcześniejszym opisem26.
UWAGA: Otrzymano białka rekombinowane o następujących stężeniach końcowych: αKAO z Catenulispora acidiphila, UniProtKB ID: C7QJ42 (KDO1), 1,35 mg/mL; αKAO z C. pinensis, UniProtKB ID: C7PLM6 (KDO2), 2,29 mg/ml; PLP-DC z S. rumirantium, UniProtKB ID: O50657 (LDCSrum), bezkomórkowy ekstrakt z całkowitym enzymem w stężeniu 12,44 mg/ml; PLP-DC z C. pinensis, UniProtKB ID: C7PLM7 (DCCpin), 2,62 mg/mL.
2. Przygotowanie roztworów
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Wcześniej opisaliśmy syntezę mono- i dihydroksy-L-lizyn poprzez diastereoselektywną hydroksylację enzymatyczną katalizowaną przez dioksygenazy z rodziny żelaza(II)/αKAO (Rycina 1)16. Aby zoptymalizować protokół całych kaskad przedstawionych w niniejszej pracy, które łączą jeden lub dwa etapy hydroksylacji katalizowanej przez αKAO, a następnie etap dekarboksylacji katalizowanej przez PLP-DC, warunki reakcji dostosowano tak, aby spełnić .......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Chiralne aminoalkohole i pochodne mają szeroki zakres zastosowań, od chiralnych środków pomocniczych do syntezy organicznej po terapię farmaceutyczną. Wieloetapowa synteza do produkcji aminoalkoholi za pomocą konwencjonalnej syntezy organicznej jest liczna, ale nie zawsze może być skuteczna ze względu na żmudne etapy ochrony/deprotekcji wraz z czułą kontrolą stereochemii16. Dobrą alternatywą jest podejście biokatalityczne, które rezygnuje z etapów ochrony/deprotekcji i jest zwykle wysoce stereosel.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Autorzy dziękują Véronique de Berardinis za owocną dyskusję oraz Alainowi Perretowi, Christine Pellé i Peggy Sirvain za wsparcie techniczne.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| HEPES | Sigma Aldrich | H3375 | |
| Chlorowodorek L-lizyny | Sigma Aldrich | L5626 | |
| (5S)-hydroksy-L-lizyna | Sigma Aldrich | GPS NONH | Outsourcing |
| &kwas alfa;-ketoglutarowy | Sigma Aldrich | 75892 | |
| Askorbinian sodu | Sigma Aldrich | A7631 | |
| Sześciowodny siarczan amonu żelaza(II) | Acros | 201370250 | |
| Fosforan pirydoksalu (PLP) | Sigma Aldrich | 82870 | |
| 3,4-dimeraptobutano-1,2-diol (DTT) | Sigma Aldrich | D0632 | |
| 1-fluoro-2,4-dinitrobenzen (DNFB) | Sigma Aldrich | D1529 | |
| Etanol | VWR | 20825.290 | |
| Sód wodór | Sigma Aldrich | 71631 | |
| HCl 37% | Sigma Aldrich | 435570 | |
| HCl 0.1M | Fluka | 35335 | |
| Acetonitryl HiPerSolv CHROMANORM dla LC-MS | VWR | 83640.320 | |
| Kwas 2,2,2-trifluorooctowy | VWR | 153112E | |
| Amoniak 28% | VWR | 21182.294 | |
| Metanol HiPerSolv CHROMANORM do LC-MS | VWR | 83638.32 | |
| Kwas mrówkowy | Acros | 270480010 | |
| Kwas fosforowy 85% | Acros | 201145000 | |
| Tlenek deuteru | Acros | 320,710,075 | |
| NaOH | Sigma Aldrich | S5881 | |
| C18 Kolumna HPLC | Phenomenex | 00F-4601-Y0 | |
| System Accela UHPLC | ThermoFisher Scientific | ||
| Detektor PDA Accela | ThermoFisher Scientific | ||
| 4mm filtry strzykawkowe - 0,22 i mikro; m - PVDF | Merck | SLGVR04NL | |
| Jednorazowa strzykawka tuberkulinowa z podziałką ml, końcówka Luer VWR | HSWA5010.200V0 | ||
| Żywica kationowymienna 100-200 siatka | Sigma Aldrich | 217506 | |
| Wkład ekstrakcyjny do fazy stałej z kationowymiennością mieszaną 6 ml | Wody | 186000776 | |
| Kolektor ekstrakcyjny | Wody | WAT200609 | |
| Parownik obrotowy | Bü chi | 531-0103 | |
| Liofilizator alfa 1-2 LDplus | Christ | L083302 | |
| Mikropipeta 20 i mikro; L | Eppendorf | 3121000031 | |
| Mikropipeta 100 & mikro; L | Eppendorf | 3121000074 | |
| Mikropipeta 500 i mikro; L | Eppendorf | 3121000112 | |
| Mikropipeta 1000 & mikro; L | Spektrometr Eppendorf | 3121000120 | |
| 300 MHz | Mikroprobówka Bruker | ||
| 2 ml | CLEARLine | CL20.002.0500 | |
| 50 ml probówka wirówkowa ze stożkowym dnem | Fischer Scientific | 05-539-8 | |
| Kolba okrągłodenna 25 ml 14/23 | Fischer Scientific | 10353331 | |
| 100 ml kolba okrągłodenna 29/32 | Kolba okrągłodenna Fischer Scientific | 11786183 | |
| 250 ml 29/32 | Fischer Scientific | 11786183 | |
| 250 ml | 15496143 | Fischerbrand |
Bibliografia
- Nestl, B. M., Hammer, S. C., Nebel, B. A., Hauer, B. New Generation of Biocatalysts for Organic Synthesis. Ang. Chem. Int. Ed. 53 (12), 3070-3095 (2014).
- Reetz, M. T. Biocatalysis in Organic Chemistry and Biotechnology: Past, Present, and Future. J. Am. Chem. Soc....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
