上海有机所刘文组Angew | 硫链丝菌素生物合成途径中黄素依赖的单加氧酶促进的吲哚衍生物不对称去芳构化反应

摘要

吲哚衍生物的不对称去芳构化反应是合成天然产物中相关生物碱的重要手段，发展条件温和、立体选择性高的吲哚不对称去芳构化方法一直是研究者们关注的热点。中国科学院上海有机化学研究所刘文团队在前期硫链丝菌素生物合成途径研究过程中，发现一个黄素依赖的单加氧酶TsrE可以催化吲哚衍生物发生不对称氧化去芳构化反应，重排形成喹啉单元（J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 12105-12108;）。近日，该团队与有机所游书力团队合作报道了利用单加氧酶TsrE，在室温条件下催化2-甲基色醇和2-甲基吲哚乙酸类衍生物形成相应的含有连续季碳手性中心的呋喃并吲哚啉类化合物，转化率和立体选择性最高可达99%，为吲哚衍生物的不对称氧化去芳构化提供了一条温和高效的酶学催化途径。林芝博士（曾为上海交通大学林双君团队博士后）和薛玉峰硕士为本文的共同第一作者。

内容

TsrE的直接辅因子为FADH₂，十分不稳定，会自发与氧气反应，形成双氧水和FAD。初始阶段，作者以NADPH作为供体，通过黄素还原酶Fre还原FAD为TsrE原位提供FADH₂。通过该条件，作者利用TsrE底物识别的宽泛性，成功将其应用于多种2-甲基吲哚乙酸类衍生物的不对称氧化去芳构化反应，以大于99%的转化率和92%~99%的对映选择性获得了多种氧化的呋喃并吲哚啉类产物。

当TsrE应用于2-甲基色醇类衍生物的不对称氧化去芳构化反应时，作者发现合理控制FADH₂的持续性供应是提高反应转化率和对映选择性的关键。采用葡萄糖或6-磷酸葡萄糖作为NAD(P)H供体，优化酶催化体系中FADH₂的供应速率， TsrE以较高的的转化率（95%~99%）和中等偏上的对映选择性（36%~99%），实现了对2-甲基色醇类衍生物的不对称氧化和去芳构化转化，获得了呋喃并吲哚啉类产物。

借助于优化后的酶学反应条件，作者对TsrE的酶学机制进行了进一步解析。通过在吲哚N上引入甲基，TsrE仍能成功转化对应的底物7k形成8k，表明TsrE更倾向于2,3位的环氧化实现吲哚的不对称环氧化。

作者发展了黄素依赖的单加氧酶TsrE在吲哚不对称去芳构化领域的应用。该方法条件温和，对于含有连续季碳手性中心的吲哚啉类衍生物的构筑也表现出了较高的对映选择性，与目前的化学催化方法形成了互补。该酶对吲哚苯环上的取代基团和C2/C3位的边链都具有较好的容忍性，酶促反应可有效放大，为基于定向进化、进一步发展在吲哚不对称去芳构化方面的应用创造了条件。