Threonine Aldolase-Catalyzed Enantioselective α-Alkylation of Amino Acids through Unconventional Photoinduced Radical Initiation

化学 对映选择合成 醛缩酶A 烷基化 催化作用 苏氨酸 氨基酸 有机化学 丝氨酸 生物化学
作者
Binh Khanh,Zheng Zhang,Guodong Rao,Jiedong Li,Josephine Bridget Shirah,R. David Britt,Qilei Zhu,Yang Yang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c05949
摘要

Visible light-driven pyridoxal radical biocatalysis has emerged as a promising strategy for the stereoselective synthesis of valuable noncanonical amino acids (ncAAs). Previously, the use of well-tailored photoredox catalysts represented the key to enable efficient pyridoxal phosphate (PLP) enzyme-catalyzed radical reactions. Here, we report a PLP-dependent threonine aldolase-catalyzed asymmetric α-C-H alkylation of abundant amino acids using Katritzky pyridinium salts as alkylating agents. The use of engineered threonine aldolases allowed for this redox-neutral radical alkylation to proceed efficiently, giving rise to challenging α-trisubstituted and -tetrasubstituted ncAA products in a protecting-group-free fashion with excellent enantiocontrol. Mechanistically, this enantioselective α-alkylation capitalizes on the unique reactivity of the persistent enzymatic quinonoid intermediate derived from the PLP cofactor and the amino acid substrate to allow for novel radical C-C coupling. Surprisingly, this photobiocatalytic process does not require the use of well-established photoredox catalysts and operates through an unconventional photoinduced radical generation involving a PLP-derived aldimine. The ability to develop photobiocatalytic reactions without relying on classic photocatalysts or photoenzymes opens up new avenues for advancing stereoselective intermolecular radical reactions that are not known in either organic chemistry or enzymology.
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