生体触媒を用いたスルホキシドの立体選択的還元とその不斉有機合成への応用

生物催化剂立体选择性还原亚砜及其在不对称有机合成中的应用

基本信息

批准号：
11760087
负责人：
安保充
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11760087/
关键词：
キラルスルホキシド生体触媒立体選択的還元

项目摘要

本研究では、光合成細菌が、嫌気条件、DMSO存在下、DMSO呼吸を行う際にペリプラズム空間に誘導合成するDMSO還元酵素の高い鏡像選択性に着目し、菌体を直接用いた、光学活性スルホキシド調製を行った。具体的な実験結果を以下に述べる。Rhodobacter sphaeroides f.sp.denitrificansは、基質となる合成スルホキシドを含んだ培地では、その毒性から菌は十分に生育できなかった。そこで、DMSOを含んだ培地で菌を生育させ、菌体がペリブラズム空間にDMSO還元酵素を十分誘導合成した状態で、合成スルホキシドを添加することによって、菌体による鏡像選択的還元を達成することができた。メチルフェニルスルホキシド(MPSO)や、MPSOのベンゼン環のパラ位にMe-,MeO-,Br-といった置換基の付いた基質で、(R)-体のスルホキシドが高い鏡像体純度で回収された。また、MPSO,MTSOと言った基質でグラムオーダーでの光学活性スルホキシド調製に成功した。アルキル基がEt,Prなど反応速度の遅い基質では、菌が溶菌し、目的とする反応が十分進行しなかったが、定常期の菌体を用いることにより、反応の効率が改善された。さらに、菌体反応を2回繰り返すことでEPSOでも鏡像体純度>99%のものを回収することができるようになった。一方、DMSO還元酵素の立体選択性についての研究では、基質のベンゼン環をナフタレン環、ピリジン環にしても、その鏡像選択性が極めて高いことが明らかになり、DMSO還元酵素の鏡像選択性に基質の芳香環と酵素側の芳香族アミノ酸残基のスタッキングが関与している可能性が示唆された。実際にどの芳香族アミノ酸残基が関与しているかについては今後の研究課題である。本研究では、不斉有機合成において有用な光学活性スルホキシドをグラムオーダーで調製可能な生体触媒反応系を開発することに成功した。特に、MTSOといった汎用光学活性スルホキシドの調製だけでなく、光学活性フェニルビニル、フェニルプロペニルスルホキシドなど通常大量調製が難しい基質についても、その調製に成功した。また、広範なスルホキシドを基質として用いることにより、酵素の基質特異性についてさらに、多くの知見が得られた。

在这项研究中，我们关注了DMSO还原酶的高对映选择性，当光合细菌在DMSO存在的厌氧条件下进行DMSO呼吸时，DMSO还原酶被诱导进入周质空间，并直接利用细菌细胞制备光学活性亚砜。。具体实验结果如下所述。由于其毒性，球形红杆菌反硝化专化型不能在含有合成亚砜作为底物的培养基中充分生长。因此，当细菌在周质空间中充分诱导并合成DMSO还原酶I时，可以通过在含有DMSO的培养基中培养细菌并添加合成亚砜来实现细菌的对映选择性还原。使用甲基苯基亚砜 (MPSO) 和 MPSO 苯环对位上带有 Me-、MeO- 和 Br- 等取代基的底物，以高对映体纯度回收 (R)-亚砜。我们还使用 MPSO 和 MTSO 等底物成功制备了克级光学活性亚砜。当使用反应速率慢的底物（例如烷基中的Et和Pr）时，细菌被裂解并且所需的反应不能充分进行，但是通过在固定相中使用细菌，反应效率得到提高。此外，通过重复细菌细胞反应两次，使用 EPSO 可以恢复对映体纯度 >99%。另一方面，对DMSO还原酶的立体选择性的研究表明，即使当底物的苯环变为萘环或吡啶环时，芳香环和芳香氨基的堆积也具有极高的对映选择性。可能涉及酶侧的酸残基。实际上涉及哪些芳香族氨基酸残基是未来研究的课题。在这项研究中，我们成功开发了一种生物催化反应系统，可以制备克级光学活性亚砜，可用于不对称有机合成。特别是，我们不仅成功制备了MTSO等通用光学活性亚砜，而且还成功制备了通常难以大量制备的底物，例如光学活性苯基乙烯基和苯基丙烯亚砜。此外，通过使用多种亚砜作为底物，我们对酶的底物特异性有了进一步的了解。