舍曲林（Sertraline, 1）是輝瑞旗下一款抑郁癥、強(qiáng)迫癥藥物，商品名為Zoloft®。以往工藝依賴于對(duì)非對(duì)映還原胺的拆分，由于具有兩個(gè)手性中心，拆分難度較大，且產(chǎn)率很低。因此，研究人員一直在尋找該藥物分子的高效合成工藝。酶催化反應(yīng)由于其條件溫和、選擇性高，近年來在藥物合成上備受關(guān)注。基于前期已有酶催化研究顯示了酶催化對(duì)酮的還原及氧化的可行性，研究人員對(duì)舍曲林酶催化合成工藝進(jìn)行了探索（圖一）。
圖一 舍曲林（Sertraline, 1）酶催化合成工藝路線
如圖一設(shè)計(jì)，研究人員認(rèn)為rac-2可以在酮還原酶（KREDs酶）作用下形成手性醇4，然后在化學(xué)或者酶催化下氧化得到手性酮（S）-2，最后與甲胺反應(yīng)并經(jīng)亞胺的還原即可得到目標(biāo)產(chǎn)物（S，S）-1。
圖二 KREDs酶催化 rac-2不對(duì)稱生物還原
根據(jù)設(shè)計(jì)，研究人員首先對(duì)KREDs酶催化不對(duì)稱還原rac-2生成手性醇4的條件進(jìn)行了探索。理想情況下，KRED酶具有4S（4位結(jié)構(gòu)為S）選擇性。在假設(shè)中間體2不會(huì)發(fā)生自消旋的前提下，(S，S)-4和(R，S)-4的產(chǎn)率各為50%。那么，該還原過程就可能產(chǎn)生兩種結(jié)果：A：只有一半原料轉(zhuǎn)化，僅產(chǎn)生(S，S)-4（產(chǎn)率50%），此時(shí)產(chǎn)物為原料酮和產(chǎn)物醇的混合物；B：原料完全轉(zhuǎn)化，(S，S)-4和(R，S)-4的產(chǎn)率各為50%（總產(chǎn)率100%）。從產(chǎn)物提純方面考慮，原料酮和產(chǎn)物醇的極性相差較大，結(jié)果A更可取。
研究人員首先使用Codex® KRED Screening Kit（試劑盒，標(biāo)準(zhǔn)條件：30 ℃，PH=7.5）中的NADPH依賴的KREDs酶對(duì)rac-2的生物還原進(jìn)行篩選。在以往的許多研究中，在該條件下，24小時(shí)后試劑盒中一半以上的酶仍然保持高活性，轉(zhuǎn)化率高達(dá)90%，在對(duì)映選擇性方面，許多KREDs酶對(duì)順式的選擇性高達(dá)99%。但對(duì)于該反應(yīng)，所有酶都沒有非對(duì)映選擇性，在所有情況下得到的都是順反1：1的產(chǎn)物（圖三，entry 1-5）。因此，需要進(jìn)一步尋找非對(duì)映選擇性的條件。為此，研究人員應(yīng)用5種KREDs酶（包括：P1-B02，P1-B05，P1-B10，P1-B12，P1-A12，圖三entry 6-10）對(duì)反應(yīng)PH進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果顯示，提升PH會(huì)使轉(zhuǎn)化率下降，但有趣的是，P1-B10，P1-B12，P1-A12三種酶在高PH下顯示了一定的順反選擇性。這提示該反應(yīng)存在優(yōu)化的可能性。因此，研究人員進(jìn)一步從溫度著手對(duì)反應(yīng)進(jìn)行了優(yōu)化。同樣的，50℃條件下轉(zhuǎn)化率下降，但顯示了更為優(yōu)秀的順反選擇性，并且，所得順式產(chǎn)物的ee值高達(dá)99%（圖三，entry 11-13）。
圖三 KREDs酶催化條件篩選
此后，研究人員還對(duì)反應(yīng)濃度進(jìn)行了篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高濃度會(huì)使反應(yīng)的非對(duì)映選擇性下降（圖三，entry 14-16）。最后，在條件17（圖三，entry 17）下反應(yīng)7小時(shí)，可以以29%的轉(zhuǎn)化率，拿到ee值大于99%的單一產(chǎn)品cis-(S，S)-4。
成功得到(S，S)-4后，研究人員對(duì)(S，S)-4氧化得到(S)-2的條件進(jìn)行了探索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在云芝漆酶的作用下，使用TEMPO或者AZADO都可以氧化得到產(chǎn)物，ee值高達(dá)99%。此外，研究人員使用次氯酸鈉（NaOCl）做為氧化劑、AZADO做為有機(jī)催化劑，可以以95的收率獲得ee值大于99%的產(chǎn)物。最后，(S)-2與甲胺反應(yīng)并經(jīng)亞胺還原即可成功得到目標(biāo)產(chǎn)物(S，S)-1。該酶催化路線總產(chǎn)率為16%，所得產(chǎn)物ee值大于99%，為舍曲林的合成工藝提供了新的選擇。
參考文獻(xiàn)：
1. Chemoenzymatic Synthesis of Sertraline，2019；
2. Biocatalysis in Drug Development-Highlights of the Recent Patent Literature，2018；
3. Stereoselective biocatalysis: A mature technology for the asymmetric synthesis of pharmaceutical building blocks，2018.
作者簡介：云天，藥物化學(xué)博士，主要從事小分子藥物研究，尤其擅長小分子藥物的合成工藝及后期藥物開發(fā)研究，已完成多個(gè)抗癌藥物分子的合成和活性評(píng)估。
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