协和药生所付海根课题组：亚胺还原酶催化的远程立体控制实现环己亚基轴手性胺的对映发散性合成

导读

手性胺类化合物因其立体结构的多样性，在药物化学、天然产物合成及生物活性分子构建中占据重要地位（图1）。除传统的中心手性胺外，轴手性胺因其独特的立体空间构象，在现代药物研发中展现出日益重要价值。其中，环己亚基取代胺由于其双键构象受限而表现出独特的轴手性特征，在药物设计中展现出巨大潜力，典型代表如治疗神经性疼痛的脂肪酸酰胺水解酶（FAAH）抑制剂。

目前光学纯环己亚基手性胺的合成仍主要依赖传统的手性拆分，其不对称合成面临的挑战包括：一方面，由于四个手性相关基团分布在手性轴的两端，空间距离较远，传统小分子催化剂难以实现有效的远程立体化学控制；另一方面，同时高效制备R和S两种构型的轴手性胺也极具挑战。近日，中国医学科学院/北京协和医学院医药生物技术研究所付海根课题组利用亚胺还原酶（IREDs）成功实现了环己亚基轴手性胺的高效不对称合成（图1）。研究团队通过筛选和优化一对立体选择性互补的IREDs，建立了对映发散性合成策略，以最高99%的产率和优异的立体选择性（R/S比例达99:1或1:99 er）精准构建了目标手性分子，为环己亚基轴手性胺的定向合成提供了高效、绿色的生物催化途径。

图1.生物催化合成轴手性环己亚基轴手性胺。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed

作者以亚苄基环己酮（1a）与烯丙胺（2a）为模型底物，通过初筛粗酶、随后采用纯酶验证的方法，发现IRED-08和IRED-15可催化模板反应并以80%收率和99:1er生成(R)-3；IRED-27则以84%产率和1:99er生成(S)-3。随后通过系统优化反应条件，可将IRED-08和IRED-15的产率分别提升至91%和94%，IRED-27的产率提升至97%，同时均保持高立体选择性（图2）。

图2. 模板反应筛选与优化。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed

在获得对映互补的IREDs后，作者对该体系的底物适用范围展开探索。对于胺供体而言，多种一级胺，包括短链胺（3-4）、取代苄胺（5-14）和杂环（15-17）等均能高效生成相应的轴手性胺产物，且具有优异的对映选择性（产率最高可达99%，er最高可达99:1或1:99），体系对于二级胺或芳香胺则兼容性较差。在考察亚苄基环己酮类底物时，作者发现部分底物在水相体系中溶解性较差，导致反应产率降低。通过引入非离子表面活性剂TPGS-750-M，显著提高了疏水性底物的溶解度，使反应效率大幅提升。优化后的体系可兼容多种取代基（芳基、烷基、烯基、炔基）的4-亚甲基环己酮，能以良好至优异的产率和对映选择性得到目标产物（18-30，图3）。此外，作者还选取代表性化合物展开克级制备反应，进一步验证了该IREDs催化体系的合成潜力。

图3. 底物范围拓展。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed

最后，作者通过蛋白晶体学研究与分子对接实验，揭示了IRED远程立体选择性的机理。基于晶体结构的对接结果显示，对于(R)-选择性的IRED-15而言，前手性亚胺底物31的苯基嵌入由M214、W210、M179、S235和V125形成的疏水口袋，烯丙基位于L176和M239之间的空腔，该结合模式使底物31以pro-R构象si-面接受辅酶NADPH的氢负转移，从而生成(R)-3。对于(S)-选择性的IRED-27而言，前手性亚胺中间体31的苯基则结合于W274、M233和P118构成的疏水口袋，烯丙基定向于F172和M116形成的空腔，底物以pro-S构象re-面接受氢负转移，生成(S)-3。简而言之，酶活性口袋对前手性亚胺中间体31反应构象的特异性结合是实现远程立体控制的关键因素。此外，定点突变实验发现D172N突变（IRED-15）和Y165F突变（IRED-27）均导致酶活显著丧失，表明D172（IRED-15）和Y165（IRED-27）在IREDs催化循环中作为关键质子供体的发挥重要作用。

图4. 结构及机理解析。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed

本研究建立了一种高效、对映发散的生物催化方法用于环己亚基轴手性胺的不对称合成。本文通过筛选获得立体选择性互补的IREDs酶，成功实现了目标产物的高效合成，为这类独特手性骨架在药物化学和材料科学中的应用奠定了基础。 相关成果在Angew. Chem. Int. Ed.上发表， 协和药生所 研究生李可庭、上海有机所刘臻为本文的共同一作， 上海有机所林亮、房鹏飞及 协和药生所付海根研究员为共同通讯作者。

文献详情：

Imine Reductase - Catalyzed Remote Stereocontrol for Enantiodivergent Synthesis of Cyclohexylidene-Based Axially Chiral Amines.

Keting Li, + Zhen Liu , + Bin Wang, Ling Huang, Luyao Yu, Zitian Zhou, Liang Lin, * Pengfei Fang ,* Haigen Fu *.

Angew. Chem. Int. Ed .,2025,

https://doi.org/10.1002/anie.202500572

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