Development of a versatile and efficient C–N lyase platform for asymmetric hydroamination via computational enzyme redesign

氢胺化 裂解酶 组合化学 亲核细胞 化学 区域选择性 电泳剂 合成生物学 催化作用 立体化学 有机化学 计算生物学 生物
作者
Yinglu Cui,Yinghui Wang,Wenya Tian,Yifan Bu,Tao Li,Xuexian Cui,Tong Zhu,Ruifeng Li,Bian Wu
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:4 (5): 364-373 被引量:62
标识
DOI:10.1038/s41929-021-00604-2
摘要

Although C–N bonds are ubiquitous in natural products, pharmaceuticals and agrochemicals, biocatalysts forging these bonds with high atom-efficiency and enantioselectivity have been limited to a few select enzymes. In particular, ammonia lyases have emerged as powerful catalysts to access C–N bond formation via hydroamination. However, the use of ammonia lyases is rather restricted due to their narrow synthetic scope. Herein, we report the computational redesign of aspartase, a highly specific ammonia lyase, to yield C–N lyases with cross-compatibility of non-native nucleophiles and electrophiles. A wide range of non-canonical amino acids (ncAAs) are afforded with excellent conversion (up to 99%), regioselectivity >99% and enantioselectivity >99%. The process is scalable under industrially relevant protocols (exemplified in kilogram-scale synthesis) and can be facilely integrated in cascade reactions (demonstrated in the synthesis of β-lactams with N-1 and C-4 substitutions). This versatile and efficient C–N lyase platform supports the preparation of ncAAs and their derivatives, and will present opportunities in synthetic biology. Ammonia lyases are powerful catalysts to access C–N bond formation via hydroamination, but show a narrow synthetic scope. Now, by computational redesign of an aspartase, a C–N lyase is developed that shows cross-compatibility of non-native nucleophiles and electrophiles expanding the synthetic scope.
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