Rational Engineering of Self-Sufficient P450s to Boost Catalytic Efficiency of Carbene-Mediated C–S Bond Formation

催化作用 卡宾 化学 催化效率 合理设计 组合化学 立体化学 有机化学 材料科学 纳米技术
作者
Binhao Wang,Binhao Wang,Tai‐Ping Zhou,Yu Shen,Walter Hu,Jieyu Zhou,Jin Tang,Ruizhi Han,Guochao Xu,Ulrich Schwaneberg,Binju Wang,Binju Wang,Ye Ni
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (8): 5993-6004 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c01569
摘要

Intermolecular C–S bond formation is a key step in the construction of sulfur-containing compounds in organic chemistry. As versatile biocatalysts, P450-catalyzed radical reactions are compatible with a diverse range of functional groups. Here, to boost the catalytic efficiency of carbene-mediated C–S bond formation, self-sufficient P450TT was rationally engineered using multiple AI models (SaProt, ProSST, EVmutation). Employing purified enzymes, a triple variant P450TT-M3 (V118A/C385H/F424P) demonstrated a significantly higher TOF of 6.1 min–1 than that of P450TT-M1(C385H) (1.5) in 1 h. Furthermore, with remarkable adaptability to a diverse range of aryl mercaptans, it exhibits high versatility in catalyzing the formation of intermolecular C–S bonds. Computational studies have shown that C–S bond formation involved H atom transfer from the thiol group of thiophenol to Fe-carbene, which differs from P450-catalyzed N–H insertion reactions. In addition, QM/MM simulations suggested that the variant enables a further approach of ethyl diazoacetate to the iron center, thereby enhancing the catalytic efficiency.
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