Angew. Chem. ：过氧合酶催化还原动力学拆分：有机过氧化物的对映体富集

过氧骨架在天然产物和药物分子中独特存在。过氧骨架主要含有O-O键的结构单元，赋予分子特殊的化学性质和生物活性。已有研究表明，含过氧骨架的化合物（青蒿素、蒿甲醚和鹰爪素C等）具有出色的抗肿瘤、抗菌和抗癌等活性。其中，手性的有机过氧化物是非常重要的合成中间体。在不对称合成有机合成领域，手性有机过氧化物的合成方法研究一直备受重视。传统化学方法由于手性识别和控制难、以及过氧化物稳定性差等原因，很难获得高光学纯的有机过氧化物。相比之下，酶催化在合成手性有机过氧化物方面具有化学、区域和立体选择性等优势。但是，目前可用于催化合成手性有机过氧化物的酶催化剂种类极少，因此限制了酶催化在该方面的发展与应用。

迄今为止，关于过氧合酶的已有研究主要聚焦于催化氧化反应，如羟化、环氧化以及杂原子氧化等（图1A）。而在本研究中，张武元团队首次开发了过氧合酶催化的还原反应（图1B），建立了新型的动力学拆分方法，拓展了当前过氧合酶仅限于氧化反应的范畴，进而实现了光学纯有机过氧化物的高效合成。

图1. 过氧合酶催化的相关反应。（A）已建立的氧化反应及（B）本论文报道的还原反应

在成功建立了以AaeUPO过氧合酶催化还原动力学拆分反应的最优条件后，作者们对有机过氧化物的底物范围进行了研究。结果表明，过氧合酶表现出广泛的底物接受能力，对不同位阻、电子效应等取代的有机过氧化物表现出了高转化率和出色的ee值，富集得到S构型的手性过氧化物产物。在该反应体系中，过氧合酶的催化周转数（TON）最高可达100000，对应的周转频率（TOF）可达55.6 s^-1，对映体选择性高达99%。

图2. 过氧合酶催化外消旋的有机过氧化物实现手性有机过氧化物富集的底物谱。

此外，针对野生型过氧合酶催化动力学拆分仅能得到单一的S构型有机过氧化物产物的局限性，作者进一步筛选了来自Coprinopsis（CciUPO）、Marasmius rotula（MroUPO）、Psathyrella aberdarensis（PabUPO）、Myceliophthora thermophila（MthUPO）、Collariella virescens（CviUPO）、Caldariomyces fumago（CfuCPO）、AaeUPO的两个突变体（Fett和Solo），以及商用UPO试剂盒（evokit），试图进一步合成R构型产物。研究发现，evokit UPO 3.2显示出产物的立体选择性反转，尽管对映体过量并不理想。使用UPO 3.2对底物范围的进一步筛选显示，可以获得4种具有R构型的产物，其ee值介于9%-28%。该部分结果表明，可进一步通过蛋白质工程等手段实现手性有机过氧化物的立体构型反转，即R构型产物的合成，但需要进一步研究以提高对映体过量值。

图3. 不同来源过氧合酶催化R构型有机过氧化物合成

在上述研究中，张武元研究团队以真菌来源的非特异性过氧合酶作为催化剂，建立了有机过氧化物的动力学拆分催化体系，实现了手性有机过氧化物产物的富集，以及在过氧合酶全新的催化路径挖掘方面取得了进展。该研究不仅为制备手性有机过氧化物分子提供了一种新的生物催化方法，而且扩展了过氧合酶在不对称催化合成领域的反应范围。

论文信息

Peroxygenase-Enabled Reductive Kinetic Resolution for the Enantioenrichment of Organoperoxides

Qianqian Shen, Juzhang Yan, Yuchen Han, Prof. Dr. Zaoxiao Zhang, Huanhuan Li, Prof. Dr. Dulin Kong, Prof. Dr. Jianjun Shi, Prof. Dr. Chengsen Cui, Prof. Dr. Wuyuan Zhang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202401590