Enantiodivergent Carbon–Phosphorus Bond Formation via Enzymatic Carbene Insertion

化学 卡宾 立体化学 硝基苯 磷化氢 酶 基质(水族馆) 组合化学 定向进化 立体异构 酶催化 肽键 磷 氢键 三键 单一债券 绝对构型
作者
Hayden M. Carder,Ethan N. Lin,Daniel Roth,Frances H. Arnold
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (32): 34791-34797
标识
DOI:10.1021/jacs.6c10375
摘要

Phosphorus is one of the six elements of life, yet enzymatic carbon-phosphorus (C-P) bond formation is exceedingly rare in nature. This gap in the biosynthetic toolkit is particularly consequential, given the prominence of stereogenic-at-phosphorus P(V) scaffolds in pharmaceuticals and agrochemicals, where the absolute configuration at phosphorus often directly governs biological activity. Despite significant advances in the asymmetric synthesis of P-stereogenic compounds, a general enzymatic platform based on direct C-P bond formation has not been realized. Here, we describe the discovery and directed evolution of Aeropyrum pernix protoglobin (ApePgb) variants that catalyze carbene insertion into the P-H bonds of secondary phosphine oxides and H-phosphinates. Mechanistic investigations reveal that carbene P-H insertion proceeds through a stereoretentive kinetic resolution. Directed evolution of a single protein scaffold produced an enantiodivergent enzyme platform that selectively delivers either P-configuration with high enantioselectivity across a broad substrate scope. The evolution campaign further revealed latent activity for nitrene P-H insertion, opening a path toward P-stereogenic phosphinamides and phosphonamidates through future evolution.
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