Engaging Unstabilized Alkyl Radicals with Pyridoxal Radical Biocatalysis: Enantiodivergent Synthesis of Aliphatic Non-Canonical Amino Acids

化学 激进的 烷基 氨基酸 对映选择合成 吡哆醛 立体化学 色氨酸 生物催化 组合化学 有机化学 氧化酶试验 立体异构 艾地明 氨基酸残基
作者
Lei Cheng,Jasper Chen,Zhiyu Bo,Xiangyu Zhang,Peng Liu,Y YANG
标识
DOI:10.64898/2026.01.21.700944
摘要

Harnessing transient, unstabilized alkyl radical intermediates for the enantioselective construction of value-added chemical entities remains a fundamental challenge in biocatalysis. Through the repurposing and directed evolution of pyridoxal phosphate (PLP)-dependent tryptophan synthases, we advanced an open-shell enzyme platform capable of intercepting transient alkyl radicals for the efficient and enantioselective synthesis of aliphatic non-canonical amino acids. Engineering an orthogonal pair of radical PLP enzymes allowed unstabilized alkyl radicals, generated from diverse aliphatic organoboronates, to undergo dehydroxylative C(sp3)-C(sp3) coupling with a common l-serine donor, affording either l- or D-amino acids with excellent enantiopurity in an enzyme-controlled fashion. Mechanistic and computational investigations employing radical clock substrates and unusual radical-mediated rearrangement processes revealed that the radical intermediates generated in this system exhibit unexpectedly long lifetimes, highlighting the power of this dual enzyme-photocatalyst platform to engage unactivated alkyl radicals. Collectively, these findings delineate a potentially general strategy for generating and utilizing unstabilized alkyl radicals and underscore the synthetic potential of radical pyridoxal biocatalysts for stereodivergent amino acid construction.
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