舍曲林（Sertraline, 1）是辉瑞旗下一款抑郁症、强迫症药物，商品名为Zoloft^®。以往工艺依赖于对非对映还原胺的拆分，由于具有两个手性中心，拆分难度较大，且产率很低。因此，研究人员一直在寻找该药物分子的高效合成工艺。酶催化反应由于其条件温和、选择性高，近年来在药物合成上备受关注。基于前期已有酶催化研究显示了酶催化对酮的还原及氧化的可行性，研究人员对舍曲林酶催化合成工艺进行了探索（图一）。

       图一 舍曲林（Sertraline, 1）酶催化合成工艺路线

       如图一设计，研究人员认为rac-2可以在酮还原酶（KREDs酶）作用下形成手性醇4，然后在化学或者酶催化下氧化得到手性酮（S）-2，最后与甲胺反应并经亚胺的还原即可得到目标产物（S，S）-1。

       图二 KREDs酶催化 rac-2不对称生物还原

       根据设计，研究人员首先对KREDs酶催化不对称还原rac-2生成手性醇4的条件进行了探索。理想情况下，KRED酶具有4S（4位结构为S）选择性。在假设中间体2不会发生自消旋的前提下，(S，S)-4和(R，S)-4的产率各为50%。那么，该还原过程就可能产生两种结果：A：只有一半原料转化，仅产生(S，S)-4（产率50%），此时产物为原料酮和产物醇的混合物；B：原料完全转化，(S，S)-4和(R，S)-4的产率各为50%（总产率100%）。从产物提纯方面考虑，原料酮和产物醇的极性相差较大，结果A更可取。

       研究人员首先使用Codex^® KRED Screening Kit（试剂盒，标准条件：30 ℃，PH=7.5）中的NADPH依赖的KREDs酶对rac-2的生物还原进行筛选。在以往的许多研究中，在该条件下，24小时后试剂盒中一半以上的酶仍然保持高活性，转化率高达90%，在对映选择性方面，许多KREDs酶对顺式的选择性高达99%。但对于该反应，所有酶都没有非对映选择性，在所有情况下得到的都是顺反1：1的产物（图三，entry 1-5）。因此，需要进一步寻找非对映选择性的条件。为此，研究人员应用5种KREDs酶（包括：P1-B02，P1-B05，P1-B10，P1-B12，P1-A12，图三entry 6-10）对反应PH进行了优化。结果显示，提升PH会使转化率下降，但有趣的是，P1-B10，P1-B12，P1-A12三种酶在高PH下显示了一定的顺反选择性。这提示该反应存在优化的可能性。因此，研究人员进一步从温度着手对反应进行了优化。同样的，50℃条件下转化率下降，但显示了更为优秀的顺反选择性，并且，所得顺式产物的ee值高达99%（图三，entry 11-13）。

       图三 KREDs酶催化条件筛选

       此后，研究人员还对反应浓度进行了筛选，结果发现，高浓度会使反应的非对映选择性下降（图三，entry 14-16）。最后，在条件17（图三，entry 17）下反应7小时，可以以29%的转化率，拿到ee值大于99%的单一产品cis-(S，S)-4。

       成功得到(S，S)-4后，研究人员对(S，S)-4氧化得到(S)-2的条件进行了探索，结果发现在云芝漆酶的作用下，使用TEMPO或者AZADO都可以氧化得到产物，ee值高达99%。此外，研究人员使用次氯酸钠（NaOCl）做为氧化剂、AZADO做为有机催化剂，可以以95的收率获得ee值大于99%的产物。最后，(S)-2与甲胺反应并经亚胺还原即可成功得到目标产物(S，S)-1。该酶催化路线总产率为16%，所得产物ee值大于99%，为舍曲林的合成工艺提供了新的选择。

       参考文献：

       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.

       作者简介：云天，药物化学博士，主要从事小分子药物研究，尤其擅长小分子药物的合成工艺及后期药物开发研究，已完成多个抗癌药物分子的合成和活性评估。

点击下图进行CPhI & P-MEC China 2020观众预登记，立省100元观展门票！