Kim, Aejin;Sharma, Satyasheel;Kwak, Jong Hwan;Kim, In Su
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제34권1호
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pp.75-78
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2013
Asymmetric synthesis of (+)-trans-aerangis lactone was achieved from commercially available 1-hexanol or 1-hexanal in four steps via iridium-catalyzed diastereoselective and enantioselective carbonyl crotylation from the alcohol or aldehyde oxidation level, and ruthenium-catalyzed olefin metathesis.
방향족 에폭사이드 기질에 대한 입체선택적 가수분해능이 우수한 Rhodotorula glutinis의 epoxide hydrolase (EH)를 codon usage를 고려한 Escherichia coli 균주에서 고효율로 발현할 수 있었다. 효모인 R. glutinis와 박테리아인 E. coli에서의 codon usage 선호도를 분석하고 그 차이를 고려하여 E. coli 에서 잘 사용되지 않는 rare codon에 대한 tRNA유전자정보가 들어 있는 pRARE plasmid를 함유한 E. coli 균주인 Rosetta(DE3)pLysS를 숙주세포로 사용하였다. R. glutinis EH를 발현시킨 재조합 E. coli를 생촉매로 사용하여 라세믹 styrene oxide 혼합물과 반응시켰을 때, (R)-styrene oxide에 대한 입체선택적 가수분해활성이 wild type R. glutinis 대비 매우 향상됨을 관찰할 수 있었다. 또한 라세믹 기질로부터 입체적으로 고순도인 99% ee 값을 갖는 광학적으로 순수한 (S)-styrene oxide를 얻을 수 있었다.
Rhdotorula glutinis epoxide hydrolase 유전자를 pColdI 벡터 와 pET-21b(+) 벡터에 재조합하여 제작한 E. coli를 생촉매로 사용하여 라세믹 styrene oxide에 대하여 회분식 가수분해 반응을 실시하였다. pET-21b(+)/RgEH 재조합 플라스미드 DNA를 가진 E. coli를 $15^{\circ}C$에서 저온 배양할 때 수용성 단백질 형태로 가장 많이 발현되었고, 입체선택적 가수분해 활성과 촉매 안정성이 가장 좋았다. 라세믹 styrene oxide 20 mM에 대하여 반응온도 $30^{\circ}C$에서는 반응시간 20분 동안에 수율 24.0%로 (S)-styrene oxide를 얻은 반면에, 반응온도를 $10^{\circ}C$로 낮추고 0.5% (w/v) Tween 20을 첨가하고 반응시키면 광학순도 99.0% ee 이상의 (S)-styrene oxide을 46.0%의 수율로 얻을 수 있었다. 최적조건에서 E 값은 6.68이었으며, 100 mM의 라세믹 styrene oxide에 대해서는 반응시간 50분에 이론 수율 50% 대비 40%의 높은 수율로 (S)-styrene oxide를 얻을 수 있었다.
Racemic epoxide에 대한 입체선택적 가수분해능을 가지고 있는 곰팡이, Aspergillus niger LK로부터 epoxide hydrolase (EH, EC 3.3.2.3) 유전자의 진화적 유연관계 분석을 행하였다. A. niger LK의 EH 염기서열로부터 유추한 EH 단백질 아미노산 서열은 여러 박테리아의 EH들 및 포유동물의 microsomal EH들과 유의적인 유사성을 가지고 있었으며 a/$\beta$ hydrolase fold family에 속하였다. A. niger LK의 EH 단백질의 입체구조예측은 Protein Data Bank에 수록된 lqo7의 3D 결정구조와 90.6% identity를 가지는 것으로 나타났으며 다른 EH들의 아미노산 서열비교를 행한 결과 Asp$^{192}$ , Asp$^{348}$ 및 His$^{374}$ 이 catalytic triad를 구성하고 있는 것으로 추정되었다. 여러 생물종의 EH서열을 기능적 및 구조적 domain 서열을 기초로 하여 multiple sequence alignment를 행하고 Neighbor-Joining/UPGMA method를 이용하여 계통수를 복원한 결과 다른 생물종들의 EH와의 진화거리는 서로 1.841∼2.682로 멀었으나 EH의 기능을 가지기 위한 oxyanion hole 및 a/$\beta$ hydrolase fold family의 catalytic triad는 잘 보존되고 있어 공통조상으로부터 진화되어 왔음을 알 수 있었다.
The addition of a carbanion to ${\yen}{\acute{a}}{\yen}{\hat{a}}$-unsaturated carbonyl compounds is of importance in the C-C bond formation reactions for modern pharmaceuticals and organic synthesis. Recently, heterogeneous asymmetric catalysis became more attractive area of research because of the easy recovery and separation of the catalyst from the reaction system. Most of synthetic methods for heterogeneous catalysts were grafting or immobilization of homogeneous catalyst onto the solid supports. Trans-1,2-Diaminocyclohexane(DACH) and L-proline ligands have been enormously used as chiral ligands in several catalytic transformation under homogenous conditions. Our group prepared l-proline functionalized mesoporous silica was synthesized under acidic condition using a poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide)-poly(ethylene oxide) triblock copolymer template (EO20PO70EO20, Pluronic P-123, BASF). Furthermore, we successfully directly synthesized trans-1,2 diaminocyclohexane functionalized mesoporous silica by using microwave method. The direct functionalization of chiral ligand into the framework of mesoporous materials is expected to be useful for the heterogeneous asymmetric catalysis. So, we adopt the direct synthesis of chiral ligand functionalized mesoporous silica by using thermal and microwave irradiation. Then, chiral ligand functionalized mesoporous silicas were applied to enantioselective asymmetric catalytic reactions.
In order to study the simultaneous determination of (+)- and (-)-cetirizine in human urine we have developed a chiral separation method by HPLC. A chiral stationary phase of $\alpha$$_1$-acidglycoprotein, the AGP-CSP was used to separate the enantiomers. The pH of the phosphate buffer, as well as the content of the organic modifier in the mobile phase, markedly affected the chromatographic separation of (+)- and (-)-cetirizine. A mobile phase of 10 m㏖/1 phosphate buffer (pH 7.0)-acetonitrile (95 : 5, v/v) was used for the urine assays. Ultraviolet absorption was monitored at 230nm and roxatidine was employed as the internal standard for quantification. (+)-Cetirizine, (-)-cetirizine and the internal standard were eluted at retention times of 12, 16, and 32 mins, respectively. The detection limit for cetirizine enantiomers was 400 ng/$m\ell$ of urine. A pharmacokinetic study was conducted with the help of 5 healthy female volunteers who were administered with a single oral dose of racemic cetirizine (20 mg). The peak area ratios provided by the cetirizine enantiomers were linear(r>0.997) over a concentration range of 2.5-200 ${\mu}g/ml$. The peak of the excreted cetirizine enantiomers appeared in the urine sample during the period of 1-2 hrs following the administration of the oral dose. The excreted level of (+)-cetirizine was slightly higher than (-)-cetirizine but the difference was not statistically significant. However, this method appears to have applications for enantioselective pharmacokinetic studies of racemic drugs.
(R)-[3,5-Bis(trifluoromethyl)phenyl] ethanol is a key chiral intermediate for the synthesis of aprepitant. In this paper, an efficient synthetic process for (R)-[3,5- bis(trifluoromethyl)phenyl] ethanol was developed via the asymmetric reduction of 3,5-bis(trifluoromethyl) acetophenone, catalyzed by Leifsonia xyli CCTCC M 2010241 cells using isopropanol as the co-substrate for cofactor recycling. Firstly, the substrate and product solubility and cell membrane permeability of biocatalysts were evaluated with different co-substrate additions into the reaction system, in which isopropanol manifested as the best hydrogen donor of coupled NADH regeneration during the bioreduction of 3,5-bis(trifluoromethyl) acetophenone. Subsequently, the optimization of parameters for the bioreduction were undertaken to improve the effectiveness of the process. The determined efficient reaction system contained 200mM of 3,5-bis(trifluoromethyl) acetophenone, 20% (v/v) of isopropanol, and 300 g/l of wet cells. The bioreduction was executed at $30^{\circ}C$ and 200 rpm for 30 h, and 91.8% of product yield with 99.9% of enantiometric excess (e.e.) was obtained. The established bioreduction reaction system could tolerate higher substrate concentrations of 3,5- bis(trifluoromethyl) acetophenone, and afforded a satisfactory yield and excellent product e.e. for the desired (R)-chiral alcohol, thus providing an alternative to the chemical synthesis of (R)-[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl] ethanol.
Rhodosporidium toruloides SJ-4의 epoxide hydrolase의 입체선택적 가수분해 반응을 이용하여 hollow-fiber 반응기에서 라세믹 phenyl oxirane 기질로부터 광학활성 phenyl oxirane을 생산하였다. 라세믹 에폭사이드 기질의 수용액 상에서의 낮은 용해도로 인한 저농도 반응의 문제점을 극복하기 위하여 dodecane 유기용매에 용해시켜 lumen 부위로 공급하였으며, 생촉매인 R. toruloides 세포 현탁액은 수용액강인 shell 부위에 위치시킴으로써 유기용매 사용에 따른 생촉매 활성 저하를 줄인 1단계 반응기 시스템에서는 200 mM의 고농도에서 (S)-phenyl oxirane을 생산할 수 있었다. 또한, 반응 산물로 생성되는 diol에 의한 생촉매 활성저해효과를 감소시키기 위하여 2단계 hollow-fiber 반응기에서는 완충용액을 이용하여 diol을 제거시킨 결과 300 mM에서 EH 활성을 이용한 입체선택적 가수분해반응을 수행할 수 있었으며, 200∼300 mM의 고농도 라세믹 기질로부터 99% ee 이상의 광학순도를 가진 (S)-phenyl oxirane을 이론 수율 대비 12∼35% 수율로 얻을 수 있었다.
Microbial lactonohydrolases (intramolecular ester bond-hydrolyzing enzymes) with unique properties were found. The lactonohydrolase from Fusarium oxysporum catalyzes enantiose-lective hydrolysis of aldonate lactones and D-pantoyl lactone (D-PL). This enzyme is useful for the large-scale optical resolution of racemic PL. The Agrobacterium tumefaciens enzyme catalyzes asymmetric hydrolysis of PL, but the stereospecificity is opposite to that of the Fusarium enzyme. Dihydrocoumarin hydrolase (DHase) from Acinetobacter calcoaceticus is a bifunctional enzyme, which catalyzes not only hydrolysis of aromatic lactones but also bromination of monochlorodi-medon in the presence of H$_2$O$_2$and dihydrocoumarin. DHase also hydrolyzes several linear esters, and is useful for enantioselective hydrolysis of methyl DL-$\beta$-acetylthioisobutyrate and regioselective hydrolysis of methyl cetraxate.
Cell-free extracts of Streptomyces neyagawaensis SL-387 grown on a chemically defined medium supplemented with DL-3-amino-3-phenylpropionic acid (APP) produced N-acetyl-APP (Ac-APP) in the presence of APP and acetyl coenzyme A. The APP obtained by acid hydrolysis of the Ac-APP was D-configuration: $[\alpha]_D+6.5^{\circ}(H_2O)\;at\;20^{\circ}C$, optical purity 92% enantiomeric excesses (ee). These results suggest that an N-acetyltransferase exists in the cell-free extract as a novel enzyme with specificity for D-APP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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