Asymmetric Reductive Amination of Structurally Diverse Ketones with Ammonia Using a Spectrum-Extended Amine Dehydrogenase

还原胺化 胺化 热稳定性 胺气处理 化学 生物催化 催化作用 动力学分辨率 组合化学 基质(水族馆) 有机化学 对映选择合成 反应机理 生物 生态学
作者
Donghao Wang,Qi Chen,Sainan Yin,Xu‐Wei Ding,Yu‐Cong Zheng,Zhi Zhang,Yuhui Zhang,Fei‐Fei Chen,Jian‐He Xu,Gao‐Wei Zheng
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:11 (22): 14274-14283 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acscatal.1c04324
摘要

Amine dehydrogenase-catalyzed reductive amination of prochiral ketones with ammonia is a promising method for the synthesis of optically pure amines in the pharmaceutical and fine chemical industries. However, previously reported amine dehydrogenases show restricted catalytic capacity toward bulky ketones, which limits their widespread applications toward the production of chiral amines. Herein, we expanded the substrate scope of an engineered amine dehydrogenase GkAmDH from Geobacillus kaustophilus via laboratory evolution for the reductive amination of an extensive set of ketones. Several beneficial mutants were identified with a up to 2.2 U mg–1 activity toward bulky benzylacetone, 110-fold higher than that of M0. Using the engineered M3 and M8, structurally diverse bulky chiral amines could be synthesized with up to >99% conversion, >99% ee, and up to 18,900 TON. Among them, two key chiral intermediates used in the synthesis of the drugs medroxalol and dilevalol were produced on a gram scale in up to 85% yield and >99% ee. Additionally, the engineered enzymes M3 and M8 displayed considerable thermostability with a half-life of more than three days at 50 °C. These results demonstrate that these engineered amine dehydrogenases are promising biocatalysts for the synthesis of chiral amines. Molecular dynamics simulations provide insights into how mutations improve the amination activity toward bulky ketones and the thermostability.
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