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軸手性聯(lián)芳基酚作為天然產(chǎn)物、生物活性分子以及手性配體的重要結(jié)構(gòu)單元，在藥物研發(fā)和有機合成中占有重要地位。然而，傳統(tǒng)化學合成方法通常需依賴復雜的手性配體或助劑、昂貴的過渡金屬催化劑，以及預先引入的導向基團，步驟繁瑣且成本較高。此外，現(xiàn)有合成策略在對映發(fā)散性制備方面仍面臨較大限制，成功案例較為有限。值得注意的是，不同對映異構(gòu)體往往表現(xiàn)出顯著差異的生物活性與生理功能，因此，發(fā)展可定制、構(gòu)型可控的光學純化合物的高效合成策略，至今仍是合成化學領域的一項核心挑戰(zhàn)。

近日，南京工業(yè)大學郭凱/胡玉靜課題組在美國化學會期刊ACS Catalysis發(fā)表了題為“Engineered Alcohol Dehydrogenases-Catalyzed Enantiodivergent Atroposelective Synthesis of Axially Chiral Biaryl Phenols via Dynamic Kinetic Resolution”的研究論文。該策略基于工程化醇脫氫酶催化高立體選擇性動力學拆分還原反應，并借助室溫下可快速消旋的半縮醛中間體維持外消旋底物的動態(tài)平衡，進而實現(xiàn)了高效的酶促動態(tài)動力學拆分。經(jīng)過定向進化改造的兩種工程醇脫氫酶表現(xiàn)出優(yōu)異催化活性與立體選擇性，能催化獲得對映選擇性比值高達99:1的R/S構(gòu)型的目標產(chǎn)物。該研究不僅為軸向手性化合物的對映體互補合成提供了綠色、高效的合成新路線，也拓展了醇脫氫酶在動態(tài)動力學拆分還原反應中的應用范圍。

研究團隊從多種來源中篩選了數(shù)十種醇脫氫酶（ADHs），以聯(lián)芳基化合物7a作為模型底物進行實驗測試。結(jié)果顯示，CpAR2能夠以中等產(chǎn)率（38%）和良好的對映選擇性（87:13 e.r.）獲得S構(gòu)型產(chǎn)物；而CcPAR則以中等產(chǎn)率（31%）和優(yōu)異的對映選擇性（8:92 e.r.）獲得R構(gòu)型產(chǎn)物。為探究立體選擇性的調(diào)控機制，研究團隊基于已報道的短鏈醇脫氫酶（SDR）家族ADHs的催化機理，進一步采用分子對接與分子動力學模擬方法，初步識別了可能的底物結(jié)合模式及其關(guān)鍵殘基。

為實現(xiàn)更高的立體選擇性和催化活性，研究團隊采用聚焦理性迭代位點突變（FRISM）策略，針對酶底物結(jié)合口袋中的關(guān)鍵殘基進行了系統(tǒng)性突變改造。通過構(gòu)建高質(zhì)量的小型突變文庫，團隊成功對兩種具有不同立體選擇傾向的ADHs進行了定向進化，獲得了一對對映選擇性優(yōu)異、催化活性顯著提升的突變體——CpAR2-M3和CcPAR-M1。其中，CpAR2-M3能以99%的產(chǎn)率和 >99:1 的對映選擇性（e.r.）高效生成S構(gòu)型產(chǎn)物；而CcPAR-M1則以99%的產(chǎn)率和 3:97 的e.r.值生成R構(gòu)型產(chǎn)物。

進一步的底物范圍實驗表明，基于CpAR2-M3和CcPAR-M1的酶促動態(tài)動力學拆分還原策略具有良好的底物適用性。實驗現(xiàn)象同時提示，該酶促反應的選擇性和效率可能受到底物半縮醛/醛之間平衡比例的影響。為驗證該合成策略的實際應用潛力，團隊還成功在1 mmol規(guī)模上實現(xiàn)了若干目標產(chǎn)物的合成。

分子動力學模擬與定點突變實驗共同揭示了酶立體選擇性的分子機制。兩種酶同屬短鏈脫氫酶（SDR）家族，均具備高度保守的Ser-Tyr-Lys催化三元體；其中S126與底物羥基形成的氫鍵對底物定位至關(guān)重要。在CpAR2中，F85與F192共同構(gòu)成底物入口的空間閘門，而E209的側(cè)鏈體積則影響疏水口袋與輔酶NADPH煙酰胺環(huán)之間的空間幾何關(guān)系。當突變?yōu)?/span>F85A/F192L/E209A組合后，底物反應位點與NADPH的C4原子距離顯著縮短，有效促進了氫負離子的轉(zhuǎn)移。另一方面，在CcPAR中引入V158L突變，通過微調(diào)活性口袋的封閉性，將底物推向更有利于反應的過渡構(gòu)型，同樣顯著縮短了其反應位點與NADPH-C4的距離。

本研究開發(fā)了一種新型生物催化動態(tài)動力學拆分（DKR）策略，采用工程化醇脫氫酶（ADHs）實現(xiàn)了軸手性聯(lián)芳酚的對映發(fā)散性合成。經(jīng)定向進化獲得的突變體CpAR2-M3（S-選擇性）與CcPAR-M1（R-選擇性）均表現(xiàn)出廣泛的底物適應性和優(yōu)異的立體選擇性，能夠高效地將外消旋底物轉(zhuǎn)化為多種手性聯(lián)芳基化合物。初步實驗數(shù)據(jù)還表明，底物中乳醛的平衡比例可能與反應的立體選擇性和催化效率存在關(guān)聯(lián)。總體而言，該研究為合成具有挑戰(zhàn)性的軸向手性聯(lián)芳基化合物提供了新的生物催化途徑，拓展了ADHs在不對稱合成中的應用范圍，增強了生物催化工具庫，并對現(xiàn)有化學合成方法形成了有力補充。

該工作得到了國家自然科學基金、江蘇省合成生物基礎研究中心（BK20233003）的經(jīng)費支持。