Origin and Control of Chemoselectivity in Cytochrome c Catalyzed Carbene Transfer into Si–H and N–H bonds

化学 化学选择性 卡宾 催化作用 传输(计算) 药物化学 立体化学 光化学 有机化学 并行计算 计算机科学
作者
Marc Garcia‐Borràs,S. B. Jennifer Kan,Russell D. Lewis,Allison Tang,Gonzalo Jiménez‐Osés,Frances H. Arnold,K. N. Houk
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (18): 7114-7123 被引量:44
标识
DOI:10.1021/jacs.1c02146
摘要

A cytochrome c heme protein was recently engineered to catalyze the formation of carbon-silicon bonds via carbene insertion into Si-H bonds, a reaction that was not previously known to be catalyzed by a protein. High chemoselectivity toward C-Si bond formation over competing C-N bond formation was achieved, although this trait was not screened for during directed evolution. Using computational and experimental tools, we now establish that activity and chemoselectivity are modulated by conformational dynamics of a protein loop that covers the substrate access to the iron-carbene active species. Mutagenesis of residues computationally predicted to control the loop conformation altered the protein's chemoselectivity from preferred silylation to preferred amination of a substrate containing both N-H and Si-H functionalities. We demonstrate that information on protein structure and conformational dynamics, combined with knowledge of mechanism, leads to understanding of how non-natural and selective chemical transformations can be introduced into the biological world.
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