[發(fā)明專利]一種催化苯乙烯及其衍生物制備手性有機(jī)化合物的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010063073.0
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN113106139B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 叢志奇;趙盼霞;陳杰;劉傳飛;馬娜娜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12P41/00
• 分類號: C12P41/00;C12P17/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 李穎

本發(fā)明屬于生物催化領(lǐng)域，具體涉及細(xì)胞色素P450酶催化苯乙烯及其衍生物環(huán)氧化反應(yīng)制備手性化合物(R)的方法。具體為采用雙功能小分子化合物(Im?C6?Phe)促進(jìn)P450突變體利用H₂O₂催化苯乙烯及其衍生物獲得(R)?對映選擇性的苯乙烯氧化物。本發(fā)明通過對P450BM3的理性設(shè)計，在雙功能小分子(Im?C6?Phe)的協(xié)助下，利用綠色能源H₂O₂作為氧化劑；進(jìn)而實(shí)現(xiàn)P450BM3突變體對底物的高效、選擇性的催化得到相應(yīng)的對映異構(gòu)體。此方法的應(yīng)用可以得到一系列利用H2O2的P450BM3突變體；進(jìn)一步獲得較高的(R)?對映選擇性的苯乙烯氧化物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物催化領(lǐng)域，具體涉及一種細(xì)胞色素P450酶利用H₂O₂催化苯乙烯及其衍生物環(huán)氧化反應(yīng)制備手性化合物(R)的方法。

背景技術(shù)

手性苯乙烯氧化物是一種非常有用的有機(jī)化合物合成材料。苯乙烯的不對稱環(huán)氧化反應(yīng)是制備該類化合物最直接的方法之一，在過去的幾十年中引起了人們的廣泛關(guān)注。盡管近年來在合成分子催化劑基礎(chǔ)上的不對稱環(huán)氧化反應(yīng)取得了重大進(jìn)展。大多數(shù)催化體系獲得了有價值的(S)-苯乙烯氧化物。例如，在Ti(O-i-Pr)4催化劑作用下，脯氨酸衍生的C1對稱手性配體有效地將苯乙烯衍生物轉(zhuǎn)化為(S)-環(huán)氧化合物，其ee為96-98％。也出現(xiàn)了少數(shù)的(R)-苯乙烯氧化物。例如，著名的雅各布森(Jacobsen)催化劑生成(R)-苯乙烯氧化物的ee僅為57％，當(dāng)在-78℃進(jìn)行反應(yīng)時，該值提高到86％。

在自然界中，在生物催化劑基礎(chǔ)上的不對稱環(huán)氧化反應(yīng)也取得了重要的進(jìn)展；其中，苯乙烯單加氧酶(SMO)是最顯著的生物催化劑，迄今為止，一種優(yōu)異的苯乙烯單加氧酶催化苯乙烯環(huán)氧化反應(yīng)，其(S)-苯乙烯氧化物的ee99％。最近，科學(xué)家從鏈霉菌(Streptomyces sp.NRRL S-31)基因組中鑒定出第一種能產(chǎn)生(R)-苯乙烯氧化物的天然SMO，其ee為91％；目前已知最好的苯乙烯氧化物的(R)-對映選擇性可達(dá)98％，其由含乙烯單加氧酶的分枝桿菌屬(Mycobacterium sp)的菌株催化所得，但該菌株能夠催化的底物具有局限性。

目前，酶工程技術(shù)是生物催化劑改造最有效的手段，比如對細(xì)胞色素P450酶的改造。目前，P450突變體是催化苯乙烯不對稱環(huán)氧化反應(yīng)上應(yīng)用最廣泛的生物催化劑。例如，Huang等人通過定點(diǎn)突變技術(shù)，將P450BM3的A82位和T438位的氨基酸進(jìn)行雙突變，其中A82F-T438F突變體催化苯乙烯的不對稱環(huán)氧化反應(yīng)，其(R)-苯乙烯氧化物的ee達(dá)到64％；近期，Reets等通過定向進(jìn)化技術(shù)改造P450BM3，使P450BM3突變體催化苯乙烯不對稱環(huán)氧化反應(yīng)生成(R)-苯乙烯氧化物的ee提高至96％，但在其催化過程中仍無法擺脫對輔助因子NADPH的依賴。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具體涉及一種細(xì)胞色素P450酶利用H₂O₂催化苯乙烯及其衍生物環(huán)氧化反應(yīng)制備手性化合物(R)的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種催化苯乙烯及其衍生物環(huán)氧化反應(yīng)制備手性有機(jī)化合物的方法，雙功能小分子(Im-C6-Phe)促進(jìn)P450突變體利用H₂O₂催化苯乙烯及其衍生物獲得(R)-對映選擇性的苯乙烯氧化物。

細(xì)胞色素P450BM3的氧化酶結(jié)構(gòu)域上的第87位苯丙氨酸和第268位蘇氨酸處的兩個位點(diǎn)突變；這兩個位點(diǎn)的氨基酸可相同或不同的突變體為F87A-T268A/I/V/F/L/W、F87V-T268I/V、F87I-T268I/V、F87L-T268I/V和F8G-T268I/V。