一种光酶催化不对称还原制备手性-α-苄胺及其衍生物的方法

本发明涉及手性苄胺不对称还原制备，尤其涉及一种光酶催化不对称还原制备手性-α-苄胺及其衍生物的方法。

背景技术：

1、手性胺结构骨架存在于多种化合物中并表现出特有的理化性质和生物活性，多应用于制药、天然产物合成和材料科学中。开发一种绿色、高效环保且原料来源广泛的不对称合成手性胺的催化方法是药物合成领域的一项重要挑战。近年来，使用光直接激发酶或酶-底物复合物成为获得酶催化新功能的一种新兴策略。一方面，具有光活性的辅因子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nad(p)h)或光催化剂的引入可以为酶催化过程带来全新的反应性；另一方面，借助酶的蛋白骨架可进化性实现多种不同底物的结合，从而实现高立体、高化学选择性和高反应性。

2、不同原料模块的亚胺的不对称还原是获得手性胺的一种具有高原子经济性的高效途径。目前立体汇聚式合成手性胺的方法包括：(1)亚胺的不对称氢化；(2)c(sp3)-h键胺化，羰基或卤化烷基；(3)烯烃的加氢功能化；(4)亚胺的不对称加成。1968年，sabacky团队利用过渡金属铑复合物实现了亚胺的不对称氢化；1972年，kagan团队报道了首个利用n-乙酰基烯酰胺的不对称氢化合成手性胺的方法，通过铑络合物与双膦配体diop的使用，发展了一种新方法来制备对映异构体富集的乙酰胺。随后，knowles团队、noyori团队和burk团队分别引入了dipamp、binap和duphos几种手性双膦配体用于铑催化合成手性胺。随后数十年中，许多含手性双膦配体或单膦配体的铑催化剂被开发出来，使得烯酰胺类化合物的直接催化氢化成为合成氮原子α位或β位具有立体中心的手性胺的首选方法之一，并在药物分子合成中得到了广泛应用。evano团队近期开发了一种conulothiazole a的全合成方法，合成分7步进行，总收率30％。其中的关键步骤之一是使用铑催化剂与(s,s)-quinoxp*手性膦配体催化体系的催化氢化反应实现手性胺结构的构建。目前生物方法，2017年，turner团队利用亚胺还原酶ired实现了手性苄胺的合成，ee值可达99％。

3、目前，较为成熟的手性胺的不对称合成方法主要是通过过渡金属结合手性膦配体的使用，在氢气的参与下进行不对称氢化反应或不对称还原胺化反应实现。这类化学合成体系通常需要使用铑、铱等贵金属催化剂、结构复杂的手性配体以及高压氢气，面临着成本高、重金属残余等问题，在生产成本、工艺安全性方面存在一定的不足。此外，天然酶催化制备手性胺的专一性局限了底物谱的拓展，这也限制了酶催化天然反应的应用性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种光酶催化不对称还原制备手性-α-苄胺及其衍生物的方法。本发明通过420-430nm波长的led蓝光活化前体物质，这些自由基前体与烯酰胺形成电子受体-供体复合物，并借助于亚胺还原酶突变体的蛋白骨架，可立体选择性实现对亚胺中间体c＝n键的还原。本发明通过对蛋白骨架，亚胺还原酶ired的定向进化以及突变体库的筛选和反应条件的优化，实现了高收率和对映选择性的手性-α-苄胺衍生物不对称还原制备反应，为手性胺的不对称合成提供一种绿色高效的生物合成新方案，在制药工业中有着潜在的重要应用前景。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种光酶催化不对称还原制备手性-α-苄胺及其衍生物的方法，所述方法是底物烯酰胺和前体物质在含有助溶剂的缓冲盐溶液中，以亚胺还原酶突变体为生物催化剂，在胺类还原酶辅因子及辅因子循环系统存在下，于氮气气氛中，用led光源照射，并搅拌反应得到，其反应通式如下：

4、

5、其中：

6、r1fg包括吡啶盐、nhpi酯、芳香族卤代物中至少一种；

7、r1选自苄基、卤代苄基或环己基；

8、fg选自卤素原子、取代或未取代的的吡啶基、nhpi酯基中的至少一种；

9、r2选自h原子、甲酯基或甲基；

10、ar选自取代或未取代的苯基、α-萘基、β-萘基或杂环取代基；

11、pg选自酰基、焦碳酸二叔丁酯等；

12、所述吡啶基的取代基选自氢原子、苯基、甲基、氢原子；

13、所述苯基的取代基选自氟原子、氯原子、甲氧基、甲硫基、甲基、叔丁基、三氟甲基、酯基或氰基；

14、所述杂环取代基选自噻唑、噻吩、呋喃、苯并呋喃、苯并噻吩、吡啶。

15、进一步地，所述亚胺还原酶突变体包括ired突变体，所述亚胺还原酶突变体是通过e.coli bl21(de3)重组表达得到。

16、进一步地，所述ired突变体为与野生型ired的氨基酸序列seq id no.1相比，存在至少一个下述所示突变得到的突变体：

17、123位的苏氨酸被取代为苯丙氨酸；

18、67位的丝氨酸被取代为半胱氨酸或苏氨酸；

19、95位的丝氨酸被取代为苏氨酸。

20、进一步地，所述ired突变体包括ired-t123f、ired-t123f-s67t、ired-t123f-s67c、ired-t123f-s95t中的至少一种。

21、进一步地，所述led光源为蓝光led光源，波长为420-430nm；所述反应的时间为12-24h；所述助溶剂包括二甲基亚砜、异丙醇、乙腈或n,n-二甲基甲酰胺；所述缓冲盐溶液中助溶剂的体积分数为1-10％。

22、进一步地，所述方法具体包括如下步骤：

23、(1)向反应容器中依次加入缓冲盐溶液、亚胺还原酶突变体、葡萄糖脱氢酶、胺类还原酶辅因子、d-葡萄糖，得到混合溶液，然后加入底物烯酰胺和前体物质得到反应液，氮气气氛下，于led光照下室温反应12-24h；

24、(2)反应结束后，向反应容器中依次加入饱和碳酸钠溶液和乙酸乙酯萃取，得到手性-α-芳基苄胺衍生物。

25、进一步地，步骤(1)中，所述缓冲盐包括磷酸盐、三羟甲基氨基甲烷盐酸盐、3-(n-吗啉基)丙磺酸盐、羟乙基哌嗪乙硫磺酸盐或三羟甲基甲基甘氨酸盐，所述缓冲盐溶液的浓度为25-200mmol/l，ph为7.0-9.0；所述前体物质包括吡啶盐、nhpi酯、芳香族卤代物中的至少一种。

26、进一步地，步骤(1)中，所述亚胺还原酶突变体相对底物的用量为0.5-3mol％；所述胺类还原酶辅因子为氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，所述胺类还原酶辅因子相对底物的用量为5当量。

27、进一步地，步骤(1)中，所述葡萄糖脱氢酶在反应液中的浓度为1-20u/ml；所述胺类还原酶辅因子相对底物的用量为2-20mol％；所述d-葡萄糖的当量为底物的2-10当量。

28、进一步地，步骤(2)中，所述饱和碳酸钠溶液与乙酸乙酯的体积比为1:1-10。

29、本发明有益的技术效果在于：

30、本发明利用可持续绿色的酶催化剂催化手性-α-苄胺及其衍生物的合成，作为全新的一种方法体系，可替代传统的金属催化体系，能够显著降低生产成本、简化并优化过程工艺、无重金属残留等问题。

31、本发明的反应条件温和，常温常压下即可进行；本发明的底物适用范围广，多种杂环化合物都能兼容；通过定向进化可以快速、高效获得高立体选择性的产物。

32、本发明开发了一种全新的光酶催化制备手性-α-苄胺及其衍生物的方法，其充分利用酶催化的可再生和可进化性实现产物的手性控制，也可以弥补自由基手性控制难等不足，光酶将充分利用两种催化剂的优势，可以作为传统的过渡金属催化方法的重要补充，实现了手性胺的绿色、可持续性高效合成，在制药工业中有着重要的意义。