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，我们专注于DMSO还原酶的高对映选择性，当在DMSO存在下光合细菌的呼吸时，它诱导光合细菌进入周质空间，并使用细菌直接进行光学活性的硫氧化物。实验的具体结果如下所述。由于其毒性，细菌在含有底物合成硫氧化物的培养基中的生长无法很好地生长。因此，通过在包含DMSO的培养基中种植细菌，并在细胞中充分诱导和合成的DMSO还原酶在周间空间中，通过在包含DMSO的培养基中种植细菌来实现细胞的酶选择性降低。使用具有甲基苯基硫氧化物（MPSO）和ME-，MEO-，BR-在MPSO苯环的PARA位置的底物的底物，在高映体纯度中回收（R） - 甲磺酰。此外，我们使用MPSO和MTSO等底物成功地在克的顺序上成功地制备了光活性亚氧化。在反应速率缓慢（例如ET和PR）的底物中，裂解和所需反应的细菌没有充分进展，但是使用稳态细菌可提高反应的效率。此外，通过重复两次细胞反应，可以以> 99％的对映体纯度恢复EPSO。另一方面，对DMSO还原酶的立体选择性的研究表明，底物的苯环是萘环或吡啶环，并建议在酶上的二甲硅烷基元素上堆叠底物和芳族氨基酸的芳族环。这是一个未来的研究主题，可以查看实际涉及哪些芳香族氨基酸残基。在这项研究中，我们成功地开发了一种生物催化反应系统，该系统允许制备用于革兰氏阶顺序不对称有机合成的光学活性亚氧化物。特别是，我们不仅成功地制备了通用的光学活性亚磺氧化物，例如MTSO，而且还成功地制备了通常难以大量准备的底物，例如光学活性苯基乙烯基和苯基丙烯基磺基氧化物。此外，通过使用多种亚硫氧化物作为底物，对酶的底物特异性的进一步发现。