Enantioselective Reductive Oligomerization of Carbon Dioxide into l-Erythrulose via a Chemoenzymatic Catalysis

化学 对映选择合成 催化作用 醛缩酶A 二羟丙酮 背景(考古学) 有机化学 生物 古生物学 甘油
作者
Sarah Desmons,Katie Grayson-Steel,Nelson Núñez-Dallos,Laure Vendier,John Hurtado,Pere Clapés,Régis Fauré,Claire Dumon,Sébastien Bontemps
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (39): 16274-16283 被引量:31
标识
DOI:10.1021/jacs.1c07872
摘要

A cell-free enantioselective transformation of the carbon atom of CO2 has never been reported. In the urgent context of transforming CO2 into products of high value, the enantiocontrolled synthesis of chiral compounds from CO2 would be highly desirable. Using an original hybrid chemoenzymatic catalytic process, we report herein the reductive oligomerization of CO2 into C3 (dihydroxyacetone, DHA) and C4 (l-erythrulose) carbohydrates, with perfect enantioselectivity of the latter chiral product. This was achieved with the key intermediacy of formaldehyde. CO2 is first reduced selectively by 4e– by an iron-catalyzed hydroboration reaction, leading to the isolation and complete characterization of a new bis(boryl)acetal compound derived from dimesitylborane. In an aqueous buffer solution at 30 °C, this compound readily releases formaldehyde, which is then involved in selective enzymatic transformations, giving rise either (i) to DHA using a formolase (FLS) catalysis or (ii) to l-erythrulose with a cascade reaction combining FLS and d-fructose-6-phosphate aldolase (FSA) A129S variant. Finally, the nature of the synthesized products is noteworthy, since carbohydrates are of high interest for the chemical and pharmaceutical industries. The present results prove that the cell-free de novo synthesis of carbohydrates from CO2 as a sustainable carbon source is a possible alternative pathway in addition to the intensely studied biomass extraction and de novo syntheses from fossil resources.
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