Carbonic Anhydrase Variants Catalyze the Reduction of Dialkyl Ketones with High Enantioselectivity

化学 碳酸酐酶 还原(数学) 组合化学 生物催化 对映选择合成 催化作用 磺胺 立体化学 有机化学 反应机理 几何学 数学
作者
Reichi Chen,Colby S. Kayrouz,Eli McAmis,Douglas S. Clark,John F. Hartwig
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (40): e202407111-e202407111 被引量:14
标识
DOI:10.1002/anie.202407111
摘要

Human carbonic anhydrase II (hCAII) naturally catalyzes the reaction between two achiral molecules-water and carbon dioxide-to yield the achiral product carbonic acid through a zinc hydroxide intermediate. We have previously shown that a zinc hydride, instead of a hydroxide, can be generated in this enzyme to create a catalyst for the reduction of aryl ketones. Dialkyl ketones are more challenging to reduce, and the enantioselective reduction of dialkyl ketones with two alkyl groups that are similar in size and electronic properties, is a particularly challenging transformation to achieve with high activity and selectivity. Here, we show that hCAII, as well as a double mutant of it, catalyzes the enantioselective reduction of dialkyl ketones with high yields and enantioselectivities, even when the two alkyl groups are similar in size. We also show that variants of hCAII catalyze the site-selective reduction of one ketone over the other in an unsymmetrical aliphatic diketone. Computational docking of a dialkyl ketone to variants of hCAII containing the zinc hydride provides insights into the origins of the reactivity of various substrates and the high enantioselectivity of the transformations and show how a confined environment can control the enantioselectivity of an abiological intermediate.
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