一石三鸟的使用转氨酶和羰基还原酶的双酶催化体系研究

Conventionally, during transamination process using transaminase, there usually exists problems relating to the employment of large excess of amino donor, low yields of product due to initial equilibrium, using expensive coenzyme NAD(P)H and recycling coproduct ketone. This project aims at developing a novel two-enzyme system using transaminase and carbonyl reductase, and expensive NAD(P)H is not required. The amino donor can be chosen depending on commercial requirements. The transaminase can choose one configure from racemic amino donor, yielding chiral amines (chiral compound 1) and chiral 2-amine butanamide or 2-amine butyrate (derived from amino acceptor)( chiral compound 2)with excellent optical purities. The generated ketone can be removed from reaction system via the way of converting ketone to chiral alcohol (chiral compound 3) assisted by carbonyl reductase. Which great enhanced the value of products. And achieved preparing three different kinds of chiral compounds for one reaction system. The well solved two-enzyme cascade promoted by transaminase has important research significance and practical applications, in accordance with the requirements of green and sustainable development. And promoting the employment of transaminase in green chemical industrial production and further for industrial application.

通常情况下，使用转氨酶的反应中存在着氨基供体用量大，反应平衡导致产率较低，昂贵辅酶的使用以及副产物酮的利用问题。本项目致力于研究一种全新的双酶反应体系，使用转胺酶和羰基还原酶，无需价格昂贵的辅酶NAD(P)H，可根据需求选择相应的外消旋氨基供体，转氨酶利用其中一种构型的氨基供体的同时对外消旋氨基供体进行拆分，得到高光学纯度的手性胺（源自氨基供体，手性化合物1）、目标化合物手性2-氨基丁酰胺（2-氨基丁酸）（手性化合物3）。羰基还原酶将副产物酮转化为高附加值的手性醇化合物，去除反应平衡的同时利用副产物制备高光学纯度的手性醇（手性化合物2），大大增加了产物的附加值，实现一个体系同时制备三种高光学纯度的手性化合物。这种新的转胺酶催化体系具有特别大的优势和吸引力，新体系的成功建立，具有重大的研究意义和实际应用价值，符合绿色可持续环境发展的要求，推动转胺酶在绿色化学工业生产中近一步的适用工业化应用。

传统的使用转氨酶的反应体系中中存在着氨基供体用量大，反应平衡导致产率较低，昂贵辅酶的使用以及副产物酮的利用问题。本项目致力于研究一种全新的双酶反应体系，使用转胺酶和羰基还原酶，无需价格昂贵的辅酶NAD(P)H，可根据需求选择相应的外消旋氨基供体，转氨酶利用其中一种构型的氨基供体的同时对外消旋氨基供体进行拆分，得到高光学纯度的手性胺（源自氨基供体，手性化合物1）、目标化合物手性2-氨基丁酰胺（2-氨基丁酸）（手性化合物3）。羰基还原酶将副产物酮转化为高附加值的手性醇化合物，去除反应平衡的同时利用副产物制备高光学纯度的手性醇（手性化合物2），大大增加了产物的附加值，实现一个体系同时制备三种高光学纯度的手性化合物。这种新的转胺酶催化体系具有特别大的优势和吸引力，具有重大的研究意义和实际应用价值，符合绿色可持续环境发展的要求。我们筛选到了一种最适pH与转氨酶有重合区间的羰基还原酶，同时为了最大化程度的利用该催化体系，使用了外消旋氨基供体，其中一种异构体会被转氨酶利用，另一种则留在催化体系中，起到拆分的目的。绿色合成了系列特殊的氨基受体，其转氨反应后得到的手性胺是一种单抗的关键手性中间体。反应结果表明，该一石三鸟的体系同时制备三种高光学纯度的手性化合物，产物的ee值在99%以上，目标产物收率接近理想值。后续将基于本项目的研究基础，继续推动其进一步接近产业化应用。