《Science》：真正“绿色”的手性胺合成

在有机合成中，胺是最常用的化学中间体之一，广泛用于生产药物活性成分、精细化学品、农用化学品、聚合物、染料、颜料、乳化剂和增塑剂等。但是这些重要的胺化合物并不容易得到。它们的工业生产主要依赖于烯酰胺的金属催化氢化（即从有关酮的前体获得），这个过程需要昂贵的过渡金属配合物作为催化剂，而且由于这些过渡金属资源有限，这种途径难以实现可持续性。

此外，从酮前体经过不对称合成生成胺的过程需要保护和脱保护步骤，因此会产生大量的废物。因此，已在过去十年中出现了不少直接将醇转换成胺的化学方法。然而，许多这些方法效率很低，并且对环境影响很大（例如，Mitsunobu反应）。简单的醇如甲醇和乙醇通过多相催化的胺化需要苛刻的条件（> 200℃），结构更复杂的醇的转化过程要么化学选择性极低，要么根本不转化。此外，大多数方法用的是非手性底物，无法产生40％光学活性药物都需要的手性胺。

自然界的生物体中，醇的胺化反应却往往很轻易地就被酶催化所完成。正是这种思路，使英国曼切斯特大学化学学院的Francesco G. Mutti、Nicholas J. Turner等人决定利用生物酶来设计一种合成路线，可以将醇高效率的转化为手性胺化合物。他们的研究成果最近发表在《Science》上。

图片来源：hims.uva.nl

这个团队提出了生物催化伯醇和仲醇的“借氢”胺化途径，在环境友好的条件下高效率地实现了生产高对映体纯度的胺。该方法依赖于两种酶的组合：一种是醇脱氢酶（ADH，从乳酸杆菌或芽孢杆菌等细菌中获得），它与另一种胺脱氢酶（AmDH，从芽孢杆菌中通过基因工程获得）的串联操作，使很多不同结构的芳香醇和脂肪醇能够实现胺化，并且得到高达96％的转化率和99％的对映体选择性。伯醇能够以高达99％的高转换效率进行胺化。这种自足型氧化还原级联反应具有很高原子效率，只需要铵盐提供氮源，而且产生的唯一的副产物是水。

另外，醇脱氢酶和胺脱氢酶单独催化反应时，都需要价格昂贵的辅助因子（NAD+/NADH）,而二者的偶联使用，正好可以使这些辅助因子可以循环使用，极大的降低了成本。

醇类和铵盐作为底物价格低廉、来源丰富，水是唯一副产物，反应条件温和、效率高，可得到手性纯产物……如此多的优点，难怪Nicholas J. Turner教授会认为这是“下一代”的反应体系，可以让现有依赖稀缺资源并污染连连的胺化工能有机会真正实现“绿色化学”和“可持续发展”。

http://www.sciencemag.org/content/349/6255/1525.abstract