Employing AC and DC Electrolysis to Modulate Electroenzymatic Pathways for Efficient and Stereoselective H-D Exchange

化学 立体选择性 电解 组合化学 电极 有机化学 电解水 立体化学 选择性 脂肪族化合物 催化作用 电化学
作者
Wassim El Housseini,Rokas Gerulskis,Nibedita Behera,Huaijun Guan,Rohit G. Jadhav,Zachary A Nguyen,Egor Baiarashov,Michael A. Pence,Vamshi Krishna Kamaja,Trevor Larkin,Long Luo,Shelley D. Minteer
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (22): 22641-22652 被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacs.6c02284
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Stereoselective hydrogen isotope exchange (HIE) at chiral centers is an increasingly important strategy for preparing labeled molecules, yet its practical implementation depends on reliable control of nicotinamide cofactor regeneration. Here we introduce a redox-programmable electroenzymatic platform for stereoselective HIE based on electrode-controlled manipulation of the nicotinamide cofactor state. A wired ferredoxin–NADP + reductase (FNR) electrode enables reversible electrochemical interconversion of NADP + and its deuterated reduced form (NADPD) directly from D 2 O. Coupling this cofactor cycling with enantioselective alcohol dehydrogenases (ADHs) establishes a reversible alcohol–ketone redox manifold that drives efficient and stereoselective H-D exchange at chiral alcohols. Stereochemical outcomes are programmed by the combined choice of paired electrolysis mode and enzyme configuration: direct-current electrolysis enables stereochemical editing with stereocomplementary ADHs, whereas alternating-current electrolysis supports rapid bidirectional cycling with a single ADH to achieve stereoretentive labeling. This strategy affords near-quantitative deuterium incorporation with high enantiopurity across a broad range of secondary alcohols.
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