> 背景 <

2025年9月30日，阿姆斯特丹大学范特霍夫分子科学研究所Francesco G. Mutti教授团队在《Angew. Chem. Int. Ed》发表题为“Amide and Thioester Synthesis Via Oxidative Coupling of Alcohols with Amines or Thiols Using Alcohol Dehydrogenases”的研究论文。

酰胺和硫酯是药物化学、材料科学及生物合成中的关键官能团，传统化学合成方法常依赖活化试剂、或贵金属催化，存在原子经济性差、环境不友好等问题。因此，绿色、高效的生物催化合成策略受到广泛关注。目前已报道的酶催化酰胺/硫酯合成策略主要包括：a)脂肪酶和N酰基转移酶;b)ATP依赖型合成酶;c)ATP依赖型合成酶与N酰基转移酶;d)腈水合酶;e)SAM依赖型甲基转移酶。

图1.已报道的酶催化酰胺/硫酯合成策略

> 设计理念与改造策略 <

作者首先验证醇脱氢酶催化可行性并优化反应条件，选用实验室已研究的 Pf-ADH，搭配NADH氧化酶(NOx)实现NAD⁺循环再生，证实该方法的可行性。通过优化缓冲液浓度、pH值及酶浓度三个关键参数，确定最优条件为pH 10、1~5 M NH₃/NH₄⁺缓冲液、10 μM双酶浓度，此时酰胺转化率最高达96%，副产物羧酸含量降至4%。

图2.Pf-ADH催化醇与胺生成酰胺

随后，作者筛选其它醇脱氢酶，发现Pf-ADH、Aa-ADH、Pp-ADH、Te-ADHW110A、Ht-ADH均具有此氧化偶联反应催化活性，证明该催化特性非Pf-ADH独有，拓展了该方法的适用酶范围。

图3.筛选其它醇脱氢酶

作者针对直链短链脂肪醇、直链长链脂肪醇、支链己醇、烷基芳基醇、苄醇和吡啶类底物进行底物普适性验证，发现Pf-ADH适配短链直链脂肪醇，Aa-ADH适配苄醇、吡啶类底物。同时，以正己醇(1a，500 mg，4.89 mmol，20 mM)为底物，在甲胺缓冲液(2 M，pH 10)中，使用PfADH(粗酶裂解液，相当于约20 μM纯酶)进行规模合成，可将1a转化为N甲基己酰胺，转化率>99%;后处理后，分离产率达87%。

图4.底物普适性验证

在酰胺合成催化体系基础上，作者推测：硫醇存在时，醇脱氢酶可将醇氧化为醛，原位生成硫半缩醛中间体，进而进一步氧化生成硫酯。实验表明，PfADH与PpADH对脂肪族底物催化效果最优，AaADH对苄醇衍生物催化活性更佳。

图5.拓展硫酯化合物的合成

为拓宽底物范围、提升反应活性，作者以AaADH(PDB: 2EWM)为改造对象，以1a为模型底物开展对接研究。将反应中间体半胺醛1d’对接至AaADH的活性中心，发现残基酪氨酸Tyr93、Tyr151、亮氨酸Leu186 环绕在中间体周围，可能影响底物的取向与反应活性。进行丙氨酸扫描突变试验，Tyr151突变后对空间位阻更大的正丙胺仍可实现42% 转化率。

为了揭示AaADH Y151A突变体活性提升的原因，使用由1a与乙胺(1i’)或正丙胺(1j’)形成的半胺醛中间体进行分子对接研究，发现Y151A突变在活性中心内部创造了额外空间，能够容纳更长的烷基链。

图6.AaADH酶改造研究

最后进行改造酶的通用性验证(硫酯合成)，Y151A突变可显著提升长链胺、长链硫醇的转化率;L186A突变则对大位阻芳香醇10a具有较好的催化效果。综上，Y151是控制Aa-ADH底物空间位阻的关键残基，Y151A突变可扩大活性中心空腔，实现长链烷基胺与烷基硫醇氧化偶联反应的高效催化，L186A突变则适配大位阻芳香醇底物。

图7.改造酶的通用性验证(硫酯合成)

> 催化机制与性能优势 <

该反应的催化机制为：醇脱氢酶催化醇氧化为醛，同时将NAD⁺还原为NADH;生成的醛与胺/硫醇原位反应，形成半胺醛/硫半缩醛中间体;随后醇脱氢酶进一步氧化，最终生成酰胺或硫酯。该机制无需额外活化试剂，反应路径简洁、绿色高效。

> 总结 <

本研究创新性地开发了醇脱氢酶(ADHs)介导的氧化偶联反应体系，通过"醇氧化-偶联-氧化"策略，实现了酰胺与硫酯的高效绿色合成。可适配直链/支链、短链/长链、脂肪族/芳香族多种醇类底物，利用胺、硫醇等亲核试剂，分别构建多样的酰胺和硫酯。该生物催化策略为药物活性分子、功能材料单体及天然产物中酰胺/硫酯键的构建提供了绿色催化策略。

参考文献：Damian M, Tseliou V, Peters P,et al. Amide and Thioester Synthesis Via Oxidative Coupling of Alcohols with Amines or Thiols Using Alcohol Dehydrogenases[J]. Angew Chem Int Ed Engl. 2026, 65(1), e202515469. doi: 10.1002/anie.202515469.