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

11.6K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/56926

⸱

16 lutego 2018

W tym artykule

Podsumowanie

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.

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

  1. 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

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
HEPESSigma AldrichH3375
Chlorowodorek L-lizynySigma AldrichL5626
(5S)-hydroksy-L-lizynaSigma AldrichGPS NONHOutsourcing
&kwas alfa;-ketoglutarowySigma Aldrich75892
Askorbinian soduSigma AldrichA7631
Sześciowodny siarczan amonu żelaza(II)Acros201370250
Fosforan pirydoksalu (PLP)Sigma Aldrich82870
3,4-dimeraptobutano-1,2-diol (DTT)Sigma AldrichD0632
1-fluoro-2,4-dinitrobenzen (DNFB)Sigma AldrichD1529
EtanolVWR20825.290
Sód wodórSigma Aldrich71631
HCl 37%Sigma Aldrich435570
HCl 0.1MFluka35335
Acetonitryl HiPerSolv CHROMANORM dla LC-MSVWR83640.320
Kwas 2,2,2-trifluorooctowyVWR153112E
Amoniak 28%VWR21182.294
Metanol HiPerSolv CHROMANORM do LC-MSVWR83638.32
Kwas mrówkowyAcros270480010
Kwas fosforowy 85%Acros201145000
Tlenek deuteruAcros320,710,075
NaOHSigma AldrichS5881
C18 Kolumna HPLCPhenomenex00F-4601-Y0
System Accela UHPLCThermoFisher Scientific
Detektor PDA AccelaThermoFisher Scientific
4mm filtry strzykawkowe - 0,22 i mikro; m - PVDFMerckSLGVR04NL
Jednorazowa strzykawka tuberkulinowa z podziałką ml, końcówka Luer VWRHSWA5010.200V0
Żywica kationowymienna 100-200  siatkaSigma Aldrich217506
Wkład ekstrakcyjny do fazy stałej z kationowymiennością mieszaną 6 mlWody186000776
Kolektor ekstrakcyjnyWodyWAT200609
Parownik obrotowyBü chi531-0103
Liofilizator alfa 1-2 LDplusChristL083302
Mikropipeta 20 i mikro; LEppendorf3121000031
Mikropipeta 100 & mikro; LEppendorf3121000074
Mikropipeta 500 i mikro; LEppendorf3121000112
Mikropipeta 1000 & mikro; LSpektrometr Eppendorf3121000120
300 MHzMikroprobówka Bruker
2 mlCLEARLineCL20.002.0500
50 ml probówka wirówkowa ze stożkowym dnemFischer Scientific05-539-8
Kolba okrągłodenna 25 ml 14/23Fischer Scientific10353331
100 ml kolba okrągłodenna 29/32Kolba okrągłodenna Fischer Scientific11786183
250 ml 29/32Fischer Scientific11786183
250 ml15496143Fischerbrand
Kolba Erlenmeyera

Bibliografia

  1. 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).
  2. 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

Tagi

Synteza L-lizynykataliza dioksygenazowaPLP-dekarboksylazamonitorowanie metodą HPLCekstrakcja do fazy stałejoczyszczanie enzymatyczneutlenianie regio- i diastereoselektywneproces liofilizacji