Improved microbiological hydroxylation of sesquiterpenoids: semisynthesis, structural determination and biotransformation studies of cyclic sulfite eudesmane derivatives
- 作者
- Andrés García-Granados, María C. Gutiérrez, Francisco Rivas
- 单位
- Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias, Universidad de Granada, 18071-Granada, Spain
- 杂志
- Perkin Transactions 1 (Royal Society of Chemistry)（2003）
- DOI
- 10.1039/b301577g
- 所属领域
- 生物催化 / 天然产物合成
- 关键词
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解决的核心问题
通过微生物羟基化选择性功能化倍半萜类化合物，特别是eudesmane衍生物，但存在反应速率低、选择性差的问题。本文尝试通过引入环状亚硫酸酯基团改善底物反应活性并分离有价值的羟基化产物。
研究策略
从天然化合物3出发合成4β,6β-二羟基-桉叶烷-1-酮(4)，再与氯化亚砜反应制备两种非对映异构的环状亚硫酸酯(1和2)；用真菌Rhizopus nigricans对1、2及前体4进行生物转化，比较不同硫构型对转化率和产物选择性的影响。
核心内容
本研究以倍半萜eudesmane衍生物为底物，尝试通过引入环状亚硫酸酯基团改善微生物羟基化反应的速率与选择性。作者从天然化合物3出发合成4β,6β-二羟基-桉叶烷-1-酮(4)，再与氯化亚砜反应制得两种非对映异构的环状亚硫酸酯1和2，并利用真菌Rhizopus nigricans对底物4及两种异构体进行生物转化。结果发现，环状亚硫酸酯的存在显著加速了转化：其中(S)-异构体1在36 h内即被完全消耗，产物中8α,11-二羟基衍生物比例随时间增加，72 h时总量达43%；而(R)-异构体2转化较慢，72 h仍有20%底物未反应，主要生成单羟基化产物。低温(-45°C)有利于生成(S)-异构体1（54%），高温(45°C)则利于(R)-异构体2（57%）。相较而言，前体4需6天才能转化完全。硫原子构型对反应速率和产物分布有决定性影响，(S)-异构体高效生成的双羟基化产物可作为合成8,12-eudesmanolide类天然产物的有用前体，为倍半萜选择性功能化提供了新策略。
创新点
合成了两种新的环状亚硫酸酯eudesmane衍生物并明确其硫原子绝对构型；发现环状亚硫酸酯能显著提高生物转化速率；从(S)-亚硫酸酯的生物转化中高效获得8α,11-二羟基衍生物（产率最高43%）。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Rhizopus nigricans CECT 2672 | 倍半萜（eudesmane）羟基化生物转化 | — | — | 催化 | 全细胞真菌生物催化剂，用于底物1、2和4的区域及立体选择性羟基化 |
| — | 倍半萜（eudesmane）羟基化生物转化 | — | — | 催化 | 底物(S)-环状亚硫酸酯1（1-氧代-桉叶烷-4β,6β-二基-S(S)-环状亚硫酸酯） |
| — | 倍半萜（eudesmane）羟基化生物转化 | — | — | 催化 | 底物(R)-环状亚硫酸酯2（1-氧代-桉叶烷-4β,6β-二基-S(R)-环状亚硫酸酯） |
| — | 倍半萜（eudesmane）羟基化生物转化 | — | — | 催化 | 底物4β,6β-二羟基-桉叶烷-1-酮(4)，环状亚硫酸酯的前体 |
关键发现
- (S)-亚硫酸酯1经R. nigricans转化36 h后完全消耗，产物5(20%)、6(45%)、7(20%)、8(3%)
- 72 h后5(15%)、6(29%)、7(20%)、8(23%)，其中8α,11-二羟基化产物总量从36 h的23%增至72 h的43%。(R)-亚硫酸酯2经72 h转化仍有20%未转化，产物9(5%)、10(50%)、11(2%)、12(10%)。前体4经6天转化得13(20%)、10(41%)、12(11%)及12%未转化。低温(-45°C)有利于生成(S)-异构体1(54%)，高温(45°C)有利于(R)-异构体2(57%)。
研究结论
环状亚硫酸酯的存在能加速R. nigricans对eudesmane底物的生物转化，且硫原子构型显著影响反应速率与产物分布。(S)-非对映体1完全转化并高产率生成8α,11-二羟基衍生物，而(R)-非对映体2转化率低且仅产生单羟基化产物。8α,11-二羟基衍生物可作为合成8,12-eudesmanolide类天然产物的前体。