还原酶催化羰基不对称还原的应用进展

羰基不对称还原作为合成手性醇的重要方法,已成为近年来有机合成的研究热点。与传统化学法相比,利用还原酶催化前手性羰基化合物的不对称还原具有显著优势。介绍了还原酶的来源与形式,对完整细胞还原酶与游离还原酶在手性药物不对称合成中的应用进行了简要综述。     

重组基因工程菌在不对称还原羰基化合物中的应用

手性醇是药物合成的重要手性砌块,利用生物催化剂不对称还原羰基化合物是手性醇制备的重要方法。介绍了生物催化还原羰基化合物的反应原理及特点,综述了重组基因工程菌的构建及其在不对称还原羰基化合物中的应用情况,展望了今后研究发展的方向。     

不对称生物还原制备手性药物

近年来手性药物的发展非常迅速,手性合成药物的出现不仅提高了药效,而且有利于克服现行消旋体药物在治疗上的副作用。本文介绍了用生物还原法制备高光学纯度手性醇前体的一些方法。     

羰基生物还原法合成手性醇的研究进展

手性醇是合成许多光学活性药物、农用化学品及其他精细化学品的关键手性砌块。羰基生物还原法理论上可实现100%转化率,且反应条件温和,对环境十分友好,被普遍认为是生产手性醇的绿色、高效途径。综述了近年来利用生物信息学、高通量筛选和蛋白质工程的发展对新型、高效生物催化剂开发的影响,特别是利用相关技术手段开发羰基还原酶的进展。     

面包酵母催化羰基不对称还原合成手性醇的研究

以2-辛酮和4-氯乙酰乙酸乙酯(COBE)为模型底物分别考察了酵母细胞对直链甲基酮和陆羰基酯中的羰基不对称还原情况。实验发现不对称还原2-辛酮的产物主要是S型的2-辛醇,且对映体选择性很高。不对称还原COBE生成的主要是S(D)-型产物,反应COBE的转化率、光学选择性都比较高。同时发现COBE的浓度和产物对不对称还原都有一定负面的影响。     

生物催化不对称还原制备氟代手性醇

由于氟原子的特殊性质，化合物中引入氟原子可显著改变其物理化学性质。因此，氟原子在药物中的应用越来越广。此外，80%药物分子结构属于手性分子。其中，氟代手性醇常见于手性药物结构中，该类结构的合成方法研究具有重要的意义。不对称还原含氟酮是合成此结构的常见方法。与化学还原方法相比，生物催化还原具有对映选择性强、产率高和易于分离纯化等优点。生物催化，特别是酶催化还原含氟酮类化合物成为手性药物合成领域的研究热点。本文从纯化酶催化和全细胞催化两个方面，综述了近年来含氟酮生物催化还原合成氟代手性醇的研究进展，并分析总结了氟代对酮生物催化还原的影响，最后对生物催化还原法未来的发展进行了展望。     

一种来源于毕赤酵母的高对映选择性羰基还原酶的性质及底物谱分析

手性醇是一类非常重要的化合物,羰基还原酶催化酮的不对称还原生成对应的手性醇.从毕赤酵母Pichia pastoris GS115基因组数据中找到一个潜在的NADPH依赖的羰基还原酶,研究毕赤酵母 P.pastoris GS115中的羰基还原酶.根据其核酸序列设计引物,从P.pastoris GS115基因组中扩增到目的基因ppcr,大肠杆菌BL21 (DE3)中表达,Ni-NTA纯化,对酶的性质和底物谱进行了研究.PPCR的最适反应温度为35℃,最适反应pH为6.0,低于45℃时有很好的稳定性.对3-甲基-2-羰基丁酸乙酯的Km和kcat分别为9.48 mmol/L和0.12 s-1. PPCR表现出广泛的底物谱和很高的对映选择性,对醛、α-酮酯、芳香族β-酮酯及芳香族酮都表现出了很好的活性,在测定的底物中,除极少数底物外,ee值均达到97％以上.因此,PPCR具有较好的应用前景.     

构建羰基还原酶基因工程菌生物转化产l-麻黄碱

以筛选得到的Morganella morganii J-8细菌的基因组为模板,通过PCR扩增得到目的基因mdlh2。核苷酸序列测定结果表明,基因全长1046bp。以pET28a（＋）为表达载体,构建重组质粒pET28a（＋）-mldh2,并在E．coli BL21（DE3）中表达。利用表达产物进行生物转化,发现其具有催化底物1-苯基-2-甲氨基丙酮（简称MAK）产l-麻黄碱的活力。进一步考察了诱导时间和IPTG浓度对重组菌表达的羰基还原酶的影响,37℃下用0．5mmoL／L的IPTG诱导4h,重组羰基还原酶的酶活达到0．2U／mg蛋白,转化液中l-麻黄碱质量浓度达到45mg／L。     

不对称还原前手性芳香酮微生物的筛选及反应特性

含芳香基手性醇是许多手性药物合成的关键手性砌块,生物催化不对称还原前手性酮是合成该类醇的重要方法之一.以4'-氯-苯乙酮为模型底物,从土壤中筛选得到一株能高效催化前手性芳香酮不对称还原合成相应手性醇的菌株,鉴定表明该菌株为白地霉( Geotrichum candid ).进一步考察了其催化4'-氯-苯乙酮不对称还原的反应特性,发现还原4'-氯-苯乙酮的产物主要为 S-4'-氯苯乙醇.在合适的反应条件下,其产率达到35%,对映选择性高于97%.     

固定化细胞有机相催化不对称还原β-羰基酯

将酵母细胞用海藻酸钙包埋后用于有机相催化不对称还原4-氯乙酰乙酸乙酯制备光学活性的4-氯-3-羟基丁酸乙酯,从中筛选得到具有较高立体选择性和还原能力的菌株假丝酵母SW0401,将此菌株的细胞固定化细胞作为研究对象,系统考察了固定化条件、固定化细胞大小、反应溶剂、初始底物浓度、辅助底物、固定化细胞热处理和抑制剂对还原反应的影响。结果表明,上述因素对反应的摩尔转化率和产物（S）-CHBE光学纯度有显著影响。固定化时所用缓冲液的pH值为7．0时和固定化细胞颗粒平均直径为2.5mm较合适,以正己烷为反应介质时反应的摩尔转化率和产物光学纯度最优,初始底物浓度以54.7mmol／L为宜,辅助底物以1-己醇为佳。对固定化细胞的热处理和添加抑制剂烯丙醇均能够明显改善产物的光学纯度,但对提高摩尔转化率有负面影响。     

Enantioselective reduction of ketones with borane catalyzed by tridentate amino alcohols derived from salicylaldehyde

In the presence of tridentate chiral ligand 4e, 99% e.e. value was obtained by asymmetric reduction of ethyl benzoylacetate with borane in toluene at 25 degrees C. Various ligands and reaction conditions were investigated to develop a reasonable mechanism that explains the experimental outcomes.     

A genomic search approach to identify carbonyl reductases in Gluconobacter oxydans for enantioselective reduction of ketones

The versatile carbonyl reductases from Gluconobacter oxydans in the enantioselective reduction of ketones to the corresponding alcohols were exploited by genome search approach. All purified enzymes showed activities toward the tested ketoesters with different activities. In the reduction of 4-phenyl-2-butanone with in situ NAD(P)H regeneration system, (S)-alcohol was obtained with an e.e. of up to 100% catalyzed by Gox0644. Under the same experimental condition, all enzymes catalyzed ethyl 4-chloroacetoacetate to give chiral products with an excellent e.e. of up to 99%, except Gox0644. Gox2036 had a strict requirement for NADH as the cofactor and showed excellent enantiospecificity in the synthesis of ethyl (R)-4-chloro-3-hydroxybutanoate. For the reduction of ethyl 2-oxo-4-phenylbutyrate, excellent e.e. (>99%) and high conversion (93.1%) were obtained by Gox0525, whereas the other enzymes showed relatively lower e.e. and conversions. Among them, Gox2036 and Gox0525 showed potentials in the synthesis of chiral alcohols as useful biocatalysts.     

Preparation of highly optically pure homochiral sulfide-containing alcohols via oxazaborolidine-catalyzed asymmetric borane reduction of ketones

Highly optically pure homochiral 1-(4-alkylthiophenyl) alcohols were prepared efficiently and practically via the oxazaborolidine-catalyzed asymmetric borane reduction of prochiral ketones in toluene at 25 degrees C. The coordination of the sulfur atom in the ketones to the boron atom in the catalyst and borane can be inhibited under these reduction conditions.     

Synthesis of a new C(2)-symmetric chiral catalyst and its application in the catalytic asymmetric borane reduction of prochiral ketones

A new C(2)-symmetric chiral catalyst 3,5-bis[(2S)-(hydroxy-diphenylmethyl)- pyrrolidin-1-ylmethyl]-1,3,4-oxadiazole was successfully synthesized by the reaction of 2,5-dichloromethyl-1,3,4-oxadiazole with (S)-alpha,alpha-diphenyl-2-pyrrolidinemethanol, and applied to the catalytic asymmetric reduction of prochiral ketones with borane. When the catalyst loading was 1 mol %, enantiomeric excesses of up to 86.8% and 94.5% were observed in reduction of aromatic and alpha-halo ketones, respectively.     

Recent development of asymmetric syntheses based on the Meerwein-Ponndorf-Verley reduction

Stereoselective Meerwein-Ponndorf-Verley (MVP) reductions, including intermolecular MPV reductions, intramolecular MPV reductions (asymmetric 1,5- and 1,7-hydride shifts), catalytic MPV reduction, and reactions related to the MPV reduction are reviewed from the standpoint of asymmetric synthesis.     

不对称还原大位阻二芳香基甲酮的羰基还原酶的基因克隆及性质分析

由于二芳香基甲酮的位阻大及羰基两侧的取代基差异性较小,对其进行不对称还原是生物催化中具有挑战性的难题之一.文中通过对毕赤酵母GSl15基因组序列的分析,发现了一个潜在羰基还原酶基因pascr.将该基因克隆、表达在大肠杆菌Rosetta2 (DE3)中,通过Ni-NTA对重组蛋白进行了分离纯化,并对酶的性质进行了研究.PasCR专一性利用NADPH作为辅酶,其最适反应pH为6.5;最适反应温度为35℃;凝胶层析实验结合SDS-PAGE分析表明PasCR在溶液中以二聚体形式存在.PasCR能够不对称还原位阻较大的二芳香基甲酮类化合物,如4-甲基二苯甲酮、4-氯二苯甲酮、2-氯二苯甲酮等,对4-甲基二苯甲酮的还原产物的ee值达到了85％.