Bimolecular Nucleophilic Substitution (SN2) Reaction Catalyzed by l-Threonine Aldolase

化学 SN2反应 羟醛反应 醛缩酶A 亲核细胞 立体化学 烷基化 组合化学 果糖二磷酸醛缩酶 催化作用 有机化学
作者
Huijun Yang,Qinrou Li,Shiping Wang,Rui Zhang,Xiang Sheng,Cangsong Liao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (34): 30863-30872 被引量:8
标识
DOI:10.1021/jacs.5c07660
摘要

The bimolecular nucleophilic substitution (SN2) and aldol reactions are cornerstone transformations in organic and biochemical synthesis, yet they operate through fundamentally distinct mechanisms, substrates, and product frameworks. Nature has evolved dedicated enzyme families to catalyze these reactions separately, namely, aldolases for aldol condensations and methyltransferases or similar enzymes for SN2 pathways. Aldolases have not been reported to catalyze SN2 reactions. We herein report the unprecedented repurposing of l-threonine aldolase to catalyze an SN2 reaction. This new activity enables direct asymmetric alkylation of the sp3-hybridized Cα–H bond in glycine using readily accessible α-halide carbonyl compounds. Mechanistic and computational analyses elucidate how the active site of the enzyme precisely aligns substrates into a geometry that facilitates the SN2 transition state. The developed biocatalytic platform provides efficient access to diverse enantiomerically enriched α-amino acids (29 examples), achieving yields up to 95% and exceptional stereocontrol (e.r. > 99:1). This discovery not only expands the catalytic repertoire of aldolases but also underscores the potential for repurposing aldolases to unlock non-native reactivities in sustainable synthesis.
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