今天分享一篇发表在NC上的文章：Bringing biocatalytic deuteration into the toolbox of asymmetric isotopic labelling techniques，通讯作者分别是牛津大学的Kylie Vincent教授以及同一课题组的博士后Holly Reeve，他们课题组的主要研究方向是生物催化过程的机理及应用。这篇文章中他们通过使用D2O来生成[4-2H]-NADH从而完成了多种分子的高选择性氘代反应。

    氘代的有机分子在多种学科领域都有广泛的应用，例如用氘代的分子来研究有机反应机理或是改善药物分子的药代动力学等，但目前在合成后期高对映选择性引入氘代的反应还比较少，生物催化虽然很大程度上提高了适用的底物范围，但由于大多需要使用依赖NADH的酶，因此需要在反应中大量提供氘代的还原剂如氘代乙醇，氘代甲酸等，经济成本十分昂贵，因此作者希望能开发出使用D2O作为唯一氘源的生物催化反应。

 要想解决氘源的问题，关键在于如何在体系内生成[4-2H]-NADH。作者在2015年的一篇文章中曾报道过将酶固定于碳黑上通过异相催化实现利用氢气生成NADH，由于此时质子的来源是体系中的水，因此如果将水替换为重水理论上就可以得到[4-2H]-NADH，经过尝试和1HNMR的表征作者证实了在这种条件下能以97%的转化率得到[4-2H]-NADH。

     成功生成[4-2H]-NADH后，作者将这一体系在多种依赖NADH的还原酶上进行了尝试，包括羰基还原，羰基还原胺化，烯烃还原这三大类的酶，在温和的反应条件下均可保留酶本身的高选择性并得到对应的氘代产物。对于羰基的还原，同样对于苯乙酮的结构，通过分别使用(R)或(S)选择性的羰基还原酶可以在>93%的同位素选择性和>99%的对映选择性下得到对应的产物，且不影响分子中的卤素。

    对于还原胺化反应，使用苯丙酮酸为原料，在L-苯丙氨酸脱氢酶的催化下可以>95的同位素选择性和>99%的对映选择性得到L-苯丙氨酸，说明这一反应有望应用于氘代氨基酸的合成。对于烯烃的还原，通过使用烯烃还原酶还原香芹酮同样以高选择性得到了还原产物，产物的立体结构也符合这一还原酶的催化机制。对于同时含有烯烃和羰基的分子，如果使用传统的催化剂方法很可能会得到混合物或是过度还原的产物，但使用文中报道的酶催化方法，通过控制酶的使用可以分别得到两种单还原以及多还原产物，它们有着不同的氘代数目。

     最后，作者以solifenacin fumarate的氘代为例展示了这一方法在复杂药物分子上进行氘代的潜力，通过使用AtQR酶还原3-quinuclidinone即可得到关键中间体(R)-[2,2,3-2H3]-3-quinuclidinol。这一药物的传统合成方法中包括最后对外消旋混合物的结晶分离，但这里通过提前引入手性碳避免了这一复杂的分离过程，这也体现了通过酶催化同时引入氘代和手性碳的优势。

总之，这篇文章通过使用相对价廉的D2O作为氘源实现了体系内[4-2H]-NADH的生成，从而可以利用多种依赖NADH的还原酶实现高选择性的氘代。

文章作者：LDY

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-15310-z

文章引用：10.1038/s41467-020-15310-z