Mechanistic Analysis of Stereodivergent Nitroalkane Cyclopropanation Catalyzed by Nonheme Iron Enzymes

环丙烷化 化学 立体化学 催化作用 组合化学 有机化学
作者
Richiro Ushimaru,Lide Cha,Shotaro Shimo,Xiaojun Li,Jared C. Paris,Takahiro Mori,Kazunori Miyamoto,Lindsay Coffer,Masanobu Uchiyama,Yisong Guo,Wei‐chen Chang,Ikuro Abe
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (44): 24210-24217 被引量:5
标识
DOI:10.1021/jacs.3c08413
摘要

BelL and HrmJ are α-ketoglutarate-dependent nonheme iron enzymes that catalyze the oxidative cyclization of 6-nitronorleucine, resulting in the formation of two diastereomeric 3-(2-nitrocyclopropyl)alanine (Ncpa) products containing trans-cyclopropane rings with (1'R,2'R) and (1'S,2'S) configurations, respectively. Herein, we investigate the catalytic mechanism and stereodivergency of the cyclopropanases. The results suggest that the nitroalkane moiety of the substrate is first deprotonated to produce the nitronate form. Spectroscopic analyses and biochemical assays with substrates and analogues indicate that an iron(IV)-oxo species abstracts proS-H from C4 to initiate intramolecular C-C bond formation. A hydroxylation intermediate is unlikely to be involved in the cyclopropanation reaction. Additionally, a genome mining approach is employed to discover new homologues that perform the cyclopropanation of 6-nitronorleucine to generate cis-configured Ncpa products with (1'R,2'S) or (1'S,2'R) stereochemistries. Sequence and structure comparisons of these cyclopropanases enable us to determine the amino acid residues critical for controlling the stereoselectivity of cyclopropanation.
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