中国医学科学院/北京协和医学院医药生物技术研究所付海根课题组

摘要：手性胺类化合物因其立体结构的多样性，在药物化学、天然产物合成及生物活性分子构建中占据重要地位（图1）。除传统的中心手性胺外，轴手性胺因其独特的立体空间构象，在现代药物研发中展现出日益重要价值。其中，环己亚基取代胺由于其双键构象受限而表现出独特的轴手性特征，在药

导读

手性胺类化合物因其立体结构的多样性，在药物化学、天然产物合成及生物活性分子构建中占据重要地位（图1）。除传统的中心手性胺外，轴手性胺因其独特的立体空间构象，在现代药物研发中展现出日益重要价值。其中，环己亚基取代胺由于其双键构象受限而表现出独特的轴手性特征，在药物设计中展现出巨大潜力，典型代表如治疗神经性疼痛的脂肪酸酰胺水解酶（FAAH）抑制剂。

目前光学纯环己亚基手性胺的合成仍主要依赖传统的手性拆分，其不对称合成面临的挑战包括：一方面，由于四个手性相关基团分布在手性轴的两端，空间距离较远，传统小分子催化剂难以实现有效的远程立体化学控制；另一方面，同时高效制备R和S两种构型的轴手性胺也极具挑战。近日，中国医学科学院/北京协和医学院医药生物技术研究所付海根课题组利用亚胺还原酶（IREDs）成功实现了环己亚基轴手性胺的高效不对称合成（图1）。研究团队通过筛选和优化一对立体选择性互补的IREDs，建立了对映发散性合成策略，以最高99%的产率和优异的立体选择性（R/S比例达99:1或1:99 er）精准构建了目标手性分子，为环己亚基轴手性胺的定向合成提供了高效、绿色的生物催化途径。

图1.生物催化合成轴手性环己亚基轴手性胺。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed

作者以亚苄基环己酮（1a）与烯丙胺（2a）为模型底物，通过初筛粗酶、随后采用纯酶验证的方法，发现IRED-08和IRED-15可催化模板反应并以80%收率和99:1er生成(R)-3；IRED-27则以84%产率和1:99er生成(S)-3。随后通过系统优化反应条件，可将IRED-08和IRED-15的产率分别提升至91%和94%，IRED-27的产率提升至97%，同时均保持高立体选择性（图2）。

图2. 模板反应筛选与优化。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed

在获得对映互补的IREDs后，作者对该体系的底物适用范围展开探索。对于胺供体而言，多种一级胺，包括短链胺（3-4）、取代苄胺（5-14）和杂环（15-17）等均能高效生成相应的轴手性胺产物，且具有优异的对映选择性（产率最高可达99%，er最高可达99:1或1:99），体系对于二级胺或芳香胺则兼容性较差。在考察亚苄基环己酮类底物时，作者发现部分底物在水相体系中溶解性较差，导致反应产率降低。通过引入非离子表面活性剂TPGS-750-M，显著提高了疏水性底物的溶解度，使反应效率大幅提升。优化后的体系可兼容多种取代基（芳基、烷基、烯基、炔基）的4-亚甲基环己酮，能以良好至优异的产率和对映选择性得到目标产物（18-30，图3）。此外，作者还选取代表性化合物展开克级制备反应，进一步验证了该IREDs催化体系的合成潜力。

图3. 底物范围拓展。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed

最后，作者通过蛋白晶体学研究与分子对接实验，揭示了IRED远程立体选择性的机理。基于晶体结构的对接结果显示，对于(R)-选择性的IRED-15而言，前手性亚胺底物31的苯基嵌入由M214、W210、M179、S235和V125形成的疏水口袋，烯丙基位于L176和M239之间的空腔，该结合模式使底物31以pro-R构象si-面接受辅酶NADPH的氢负转移，从而生成(R)-3。对于(S)-选择性的IRED-27而言，前手性亚胺中间体31的苯基则结合于W274、M233和P118构成的疏水口袋，烯丙基定向于F172和M116形成的空腔，底物以pro-S构象re-面接受氢负转移，生成(S)-3。简而言之，酶活性口袋对前手性亚胺中间体31反应构象的特异性结合是实现远程立体控制的关键因素。此外，定点突变实验发现D172N突变（IRED-15）和Y165F突变（IRED-27）均导致酶活显著丧失，表明D172（IRED-15）和Y165（IRED-27）在IREDs催化循环中作为关键质子供体的发挥重要作用。

图4. 结构及机理解析。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed

本研究建立了一种高效、对映发散的生物催化方法用于环己亚基轴手性胺的不对称合成。本文通过筛选获得立体选择性互补的IREDs酶，成功实现了目标产物的高效合成，为这类独特手性骨架在药物化学和材料科学中的应用奠定了基础。相关成果在Angew. Chem. Int. Ed.上发表，协和药生所研究生李可庭、上海有机所刘臻为本文的共同一作，上海有机所林亮、房鹏飞及协和药生所付海根研究员为共同通讯作者。

文献详情：

Imine Reductase-Catalyzed Remote Stereocontrol for Enantiodivergent Synthesis of Cyclohexylidene-Based Axially Chiral Amines.

Keting Li,+ Zhen Liu,+ Bin Wang, Ling Huang, Luyao Yu, Zitian Zhou, Liang Lin,* Pengfei Fang,* Haigen Fu*.

Angew. Chem. Int. Ed., 2025,

DOI:10.1002/anie.202500572