如何利用绿色、可持续发展的手段合成高价值的精细手性化合物?

合成高价值的精细手性化合物通常可以采用两种策略。第一种策略是利用代谢工程和合成生物学的方法，通过生物质微生物发酵生产生物基的大宗化合物，再通过生物催化剂的催化将其转化为高价值的手性化合物。第二种策略是将手性化合物的合成与微生物的天然代谢途径相结合。

图1：从生物质出发的高价值手性化合物合成策略

最近，新加坡国立大学化学与生物分子学院的Li Zhi课题组在德国应化杂志上发表了一篇文章（Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,11647–1165），介绍了一种从生物基的大宗化合物L-苯丙氨酸(S)-1出发合成多种重要的手性化合物的方法：(S)-4、(R)-5、(S)-5、(S)-7、(S)-9 (图2)。研究结果表明，这个涉及到3-8步、10个酶的级联反应是一条高效、绿色的合成路线。

图2. L-苯丙氨酸出发合成多种中药手性化合物

多酶级联反应的关键在于复杂的限速步骤的反应调控。为了解决这个问题，作者设计了将多个重组质粒同时导入大肠杆菌E. coli并过量表达的方法。这样，每一步反应只需要通过一种重组菌的静息细胞催化，大大降低了实验的操作繁琐性。通过优化，研究团队建立了一个KP缓冲液：油酸乙酯的两相反应体系。在静息细胞的"一锅煮"反应中，反应在24小时内达到84-96%的转化率和96-99%的ee值。将反应放大至100 ml KP缓冲液/10 ml EO (10:1)的制备级反应，反应效果仍然良好，产物得率为376-1082 mg，分离得率为62-78%，ee值为96-99%。

作者设计的新路线从生物质出发，是一种绿色、环境友好的合成路线。此外，这种方法还可以作为其他天然氨基酸经非天然转化为精细化合物的多酶催化级联反应构建的模型。已经建立的多酶级联路线可以与微生物自身的初级代谢途径相结合，为从葡萄糖出发直接合成精细化合物提供了新的思路，这也是作者接下来可能研究的方向。