A biocatalytic cascade for the synthesis of ephedrine analogues

Nor(pseudo)ephedrines (N(P)E) are vicinal amino alcohols possessing a sympathomimetic function in the human body; due to the presence of two chiral centres, they constitute valuable intermediates and chiral building blocks for the organic synthesis of active pharmaceutical ingredients (APIs). Their conventional chemical asymmetric syntheses often involve long multi-step procedures, frequently with the aid of expensive and harmful metal catalysts, in which high yields and optical purities are very difficult to achieve overall. For these reasons, biocatalysis can be a promising solution in the development of a stereoselective synthesis of analogues of (1S,2S)-norpseudoephedrine and (1S,2R)-norephedrine. A two-steps biocatalytic cascade was therefore designed and carried out, consisting of (I) an acyloin condensation catalysed by the (S)-selective acetoin:dichlorophenolindophenol oxidoreductase (Ao:DCPIP OR, EC 2.3.1.190) and (II) a reductive amination mediated by an amine transaminase ((S)- or (R)-ATA, EC 2.6.1.x). A multistep non-selective chemical synthesis for nor(pseudo)ephedrines was also carried out in order to obtain reference material for evaluating the performance of the biocatalysed reactions. The novel bienzymatic synthesis afforded the desired products with acceptable yields and good diastereo- and enantiomeric excesses, thus opening the way for a greener production of such important building blocks.

Le nor(pseudo)efedrine (N(P)E) sono amminoalcoli vicinali che svolgono una funzione simpaticomimetica nel corpo umano; inoltre, grazie alla presenza di due stereocentri, essi costituiscono utili intermedi e building block chirali per la sintesi organica di principi attivi farmaceutici (APIs). La loro sintesi chimica asimmetrica convenzionale, spesso, comporta lunghe procedure a più stadi, con il frequente utilizzo di costosi e ambientalmente poco accettabili catalizzatori metallici, in cui alte rese e purezze ottiche sono molto difficili da raggiungere allo stesso tempo. Per questi motivi, la biocatalisi può costituire una valida soluzione nello sviluppo di una sintesi stereoselettiva di analoghi della (1S,2S)-norpseudoefedrina e della (1S,2R)-norefedrina. Abbiamo quindi progettato e realizzato una cascata enzimatica a due passaggi, la quale coinvolge (I) una condensazione aciloinica catalizzata dall’enzima (S)-selettivo acetoino diclorofenoloindofenolo ossidoreduttasi (Ao:DCPIP OR, EC 2.3.1.190) e (II) un’amminazione riduttiva mediata da un’aminotransferasi di appropriata selettività ((S)- or (R)-ATA, EC 2.6.1.x). Inoltre, è stata realizzata una sintesi chimica non selettiva a più passaggi con lo scopo di ottenere le nor(pseudo)efedrine di riferimento per la valutazione delle prestazioni biocatalitiche. La nuova sintesi bienzimatica ci ha permesso di ottenere i prodotti desiderati con rese accettabili e buoni eccessi diastereo- ed enantiomerici, costituendo quindi un primo passo verso una produzione più sostenibile di questi fondamentali building block chirali.