11.4: Енантіоселективні окислення

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20985

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Біокаталізатори також виявилися корисними для асиметричних окислень. Досліджено широкий спектр асиметричних окислень з використанням біокаталітичних систем.

Окислення Байєра-Вільгера

Реакція Байєра-Віллігера відома вже більше 100 років. Однак асиметрична версія цієї реакції залишається проблемою для хіміків-органіків. Залежно від характеру кетонів реакція може здійснюватися як роздільна здатність рацемічних кетонів, так і асиметрична реакція десимметризації від прохіральних кетонів. Відомі ферменти, які використовуються для цієї реакції.

як монооксигенази Байєра-Вільгера. Ці ферменти залежать від кофактора і, як правило, отримують з мікробних джерел. Наприклад, 4-заміщені моноциклічні циклогексанони можуть окислюватися в лактони з хорошим виходом і з високою енантіоселективністю (Схема\(\PageIndex{1}\)). У цьому процесі необхідна відновлена форма кофактора (NADPH) при утворенні NADP ⁺, який переробляється in situ з використанням ферментативно-зв'язаного кофакторного розмноження.

Також було досліджено масштаб процесу. Наприклад, рацемічний біцикло [3.2.0] гепт-2-енон з введенням 25 г/л протікає окислення в присутності рекомбінантного цільноклітинного біокаталізатора, щоб дозволити собі регіоізомерні лактони з високою енантіоселективністю (Схема\(\PageIndex{2}\)).

Подальшим вдосконаленням процесу є з'єднання циклогексанонмонооксигенази з АДГ від T. brockii, косубстратного «подвійного окислення» спирту в лактони (Схема\(\PageIndex{3}\)). У цій системі окислена форма кофактора (NADP ⁺) споживається на початковій стадії ADH-каталізованої, тоді як відновлена форма кофактора (NADPH) тоді потрібна для другої, каталізованої монооксигеназою стадії окислення. На другому етапі знову виробляється окислена форма кофактора (NADP ⁺), яка потім потрібна для першого кроку.

Епоксидування

Оптично активні епоксиди служать універсальними будівельними блоками в органічному синтезі. Крім металів і органокаталізаторів цінним каталізатором епоксидизації алкенів виявилася кофакторзалежна монооксигеназа. Наприклад, показано епоксидування стиролу з використанням стабільної рекомбінантної FAD/NADH-залежної стирольної монооксигенази у водно-органічних емульсіях (Схема\(\PageIndex{4}\)). Умова реакції також ефективна для окислення інших похідних стиролу.

Окислення амінокислот

Асиметричне окислення амінної групи в амінокислотах забезпечує ефективний метод синтезу неприродної амінокислоти, важливої в синтезі ліків. Наприклад, рацемічний трет-лейцин може окислюватися до D- трет-лейцину за допомогою лейцинової амінодегідрогенази та NADH-оксидази з E-coli з відмінною енантіоселективністю (Схема\(\PageIndex{5}\)).

Окислення спиртів

Окислення вторинних спиртів у кетони також досліджено за допомогою біокаталітичних систем. Наприклад, окислення рацемічних вторинних спиртів протікає в присутності АДГ з R. ruber (Схема\(\PageIndex{6}\)). Утилізація кофактора НАДПГ здійснюється in situ за допомогою ацетону, який при утворенні НАДФ ⁺ відновлюється в 2-пропанол.

сульфоксидування

Оптично активні сульфоксиди відіграють важливу роль в органічному синтезі як хіральних допоміжних, так і проміжних продуктів для побудови оптично активних молекул. Оптично активний сульфоксид також присутній як структурна одиниця в багатьох біологічно активних сполуках. Ферментативне окислення сульфідів забезпечує ефективний метод синтезу оптично активних сульфоксидів. Наприклад, циклопентилметилсульфід піддається окисленню в присутності хлоропероксидази з відмінною конверсією і енантіоселективністю.