Modifizierte Enzyme ermöglichen die selektive N‐Alkylierung von Pyrazolen unter Verwendung einfacher Halogenalkane

Abstract

Die selektive Alkylierung von Pyrazolen ist eine Herausforderung in der Chemie und könnte die Synthese wichtiger Moleküle vereinfachen. In dieser Arbeit berichten wir über eine katalysatorgesteuerte Alkylierung von Pyrazolen durch eine cyclische Kaskadenreaktion mit zwei Enzymen. In diesem enzymatischen System nutzt ein promiskuitives Enzym Halogenalkane als Ausgangsstoffe, um nicht-natürliche Analoga des Cosubstrats S-Adenosyl-l-Methionin zu synthetisieren. Ein zweites engineertes Enzym überträgt die Alkylgruppen in einer hochselektiven C-N-Bindungsknüpfung auf das Pyrazol-Substrat. Das Cosubstrat wird regeneriert und nur in katalytischen Mengen eingesetzt. Für das Enzym-Engineering wurde eine computerbasierte Methode verwendet, um eine Mutantenbibliothek in silico zu entwickeln. In einer Runde von Mutagenese und Screening wurde somit eine promiskuitive Methyltransferase in eine kleine Pyrazol-alkylierende Enzymfamilie umgewandelt. Mit diesem bienzymatischen System konnte die Alkylierung von Pyrazolen (Methylierung, Ethylierung, Propylierung) mit bislang unerreichter Regioselektivität (>99 %), Regiodivergenz und in einem ersten Beispiel in präparativem Maßstab gezeigt werden.