本文提出了一种通过多酶级联生物催化实现苯酚对位氨乙基化的新方法。该策略利用简单、易得的原料，在温和条件下，通过六个连续酶促步骤（包括酪氨酸酚裂解酶、酪氨酸氨裂解酶、阿魏酸脱羧酶及其突变体、醇脱氢酶和转氨酶等）高效合成对位手性氨乙基苯酚，并通过乳酸脱氢酶实现了体系内的氧化还原自供给。该方法具有模块化、可持续的特点，实现了高选择性和优异的对映选择性，为绿色合成含氮手性化合物提供了新途径（图1）。
通过逆向合成策略，我们设计了一条从4-(1-氨乙基)苯酚出发的级联反应路径：利用酪氨酸酚裂解酶（TPL）合成L-酪氨酸，经酪氨酸氨裂解酶（TAL）脱氨生成对羟基肉桂酸，再由阿魏酸脱羧酶（FDC）和其工程变体（FDC*）依次催化生成4-乙烯基苯酚和手性醇。随后，(R)-和(S)-选择性醇脱氢酶（RDR和RaADH）将醇氧化为酮，(R)-和(S)-选择性转氨酶（MVTA和CV2025）进一步将酮转化为对应对映体的胺。所有酶均通过基因克隆、表达并冻干处理，验证了其在各级联步骤中的活性（图2）。
通过热力学分析，发现多酶级联反应系统（TPL/TAL/FDC/FDC*/ADH/ATA）整体反应是有利的，但C−C偶联和醇氧化步骤为瓶颈，特别是醇氧化依赖于NAD+。实验结果显示，初始步骤中残留的丙酮酸抑制了还原胺化反应，导致最终产物胺的产率不足10%。为解决这一问题，作者引入乳酸脱氢酶（LDH），将过量丙酮酸转化为乳酸，同时回收还原胺化步骤中生成的丙酮酸，使整个过程热力学更有利（ΔrG′° = −28 kJ mol−1）且实现氧化还原自平衡。优化后的体系实现了(R)-7a和(S)-7a的转化率分别为32.5%和28.2%，展示了八种酶在一锅体系中高效协同作用（图3）。
通过模块化级联策略，作者利用重组大肠杆菌细胞（CM1、CM2、CM3 和 CM4）实现了从对羟基肉桂酸、生物基L-酪氨酸及其衍生物高效转化为手性胺。CM1有效催化对羟基肉桂酸脱羧，CM2催化L-酪氨酸脱氨和脱羧，而CM4则完成手性氨基乙基化。通过优化反应条件（pH 8.0，30°C），我们获得了高达85.4%的(R)-7a和76.8%的(S)-7a转化率，均具有>99%对映选择性。此外，非天然卤代对羟基肉桂酸和其他L-酪氨酸衍生物也实现了良好转化率和对映选择性。这一策略为可持续生物催化合成高值手性胺提供了新途径，尤其适用于生物基原料（图4，表1-2）。
通过构建重组大肠杆菌模块（CM3 和 CM4），实现了从苯酚高效合成手性胺的级联生物催化反应。CM3（E. coli (EPT-RF)）将苯酚转化为4-乙烯基苯酚，随后与CM4（E. coli (RFM-ERR-CB) 或 E. coli (RFC-ERR-CB)）结合，在“一锅两步”策略下，将中间体进一步转化为(R)-和(S)-手性胺。通过优化反应条件，苯酚衍生物（1a-d）实现了58.2%至72.0%的转化率，且对映选择性（ee）均超过99%。在100 mL规模的验证实验中，(S)-7a 和 (R)-7a 分别以49.6%和43.8%的收率成功分离，展示了该方法在手性胺合成中的应用潜力（图5，表3）。
文章信息：Biocatalytic Formal Asymmetric para-Aminoethylation of Unprotected Phenols to Chiral Amines
文章链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c06475
